El Carbono

COMBUSTIÓN

Se entiende por combustión, la combinación química violenta del oxigeno (o comburente), con determinados cuerpos llamados combustibles, que se produce con notable desprendimiento de calor.

Para que se produzca la combustión, las 3 condiciones ya nombradas deben cumplirse, es decir que sea: una combinación química, que sea violenta y que produzca desprendimiento de calor. Analizaremos una por una:

1) Debe haber combinación química, los productos finales una vez producida la combustión debe ser químicamente distintos a los productos iniciales.

Ejemplo: Antes de producirse la combustión tenemos combustible y oxigeno. Producida la combustión ya no tenemos combustible y oxigeno mezclado, sino gases de combustión.

2) La combinación química debe producirse violenta e instantáneamente. Ejemplo : Una lamina de hierro colocada en la intemperie se va a oxidar lentamente, luego de cierto tiempo, al combinarse con el oxigeno del aire. Pero esto no es combustión sino oxidación, porque el desprendimiento de calor se produce muy lentamente después de un tiempo.

3) Debe haber un desprendimiento de calor, se debe liberar cierta cantidad de calor.

Para que se produzca la combustión se necesita oxígeno, el cual se encuentra en el aire, el que desperdiciando los gases que se encuentran en pequeña proporción, esta constituido por 23 % de oxígeno y 77% de nitrógeno.

También es necesario que la temperatura en algún punto de la mezcla de oxígeno y combustible, adquiera un determinado valor.

Una combustión se considera imperfecta, cuando parte del combustible, que entra en reacción, se oxida en grado inferior al máximo, o no se oxida.

La combustión es completa cuando el combustible quema en su totalidad, ya sea perfecta o incompleta.

Todos los combustibles utilizados en los diversos procesos industriales están constituidos únicamente por dos sustancias químicas, el carbono y el hidrógeno los cuales están unidos entre sí, formando los diversos combustibles utilizados.

La propagación de calor debe cesar para un valor finito de la velocidad de inflamación. Por lo tanto, la buena combustión está comprendida dentro de dos valores, límites definidos de la velocidad de inflamación de la llama, y son los llamados límites inferior de inflamación que se produce cuando falta combustible, y límite superior de inflamación que es cuando falta oxígeno.

La forma de producirse la combustión varía según el estado del combustible, lo cual veremos a continuación:

Los combustibles son elementos que se los utilizan en los procesos industriales para la producción de calor. Son formaciones de origen orgánico, animal o vegetal, que sufrieron los efectos de los movimientos y plegamientos terrestres.

Están constituidos principalmente por carbono e hidrógeno, los que según vimos al combinarse con el oxígeno queman, desprendiendo calor.

El carbono es el elemento que constituye el mayor porcentaje volumétrico del combustible, constituyendo el 80 a 90 % volumen del mismo.

El carbono no arde directamente, sino que es llevado al estado de incandescencia por el hidrógeno. El hidrógeno constituye el 5 o 6 % de los combustibles sólidos y el 8 al 15 % de los líquidos.

La presencia del oxígeno en la molécula de combustible, le resta al mismo poder calorífico, ya que, se va a combinar con parte del hidrógeno que tiene, para formar agua.

En el combustible también se puede encontrar el azufre desde 0.5 % en combustible líquidos hasta 1 o 1.5 % en carbones, y el nitrógeno ( en carbones) de 0.7 hasta 9.3 %.

Poder calorífico

La unidad que se emplea para medir la cantidad de calor desarrollada en la combustión se la denomina poder calorífico.

Se entiende por poder calorífico de un combustible, la cantidad de calor producida por la combustión completa de un kilogramo de sea sustancia. Tal unidad se la mide en cal/kg de combustible.

Si la cantidad de combustible que se quema en un mol, el calor desprendido recibe el nombre de efecto térmico (poco usado).

De la diferencia entre el poder calorífico superior (NS) y el poder calorífico inferior (NI) se obtendría uno u otro según el estado de agregación que forma parte de los productos de combustión.

Si la temperatura de los productos finales de combustión es tal que el vapor de agua que se ha formado continué en ese estado, tendremos el poder calorífico inferior del combustible (NI).

En cambio, si la temperatura de los productos finales es suficientemente baja como para que aquella se condense, tendremos el poder calorífico superior del combustible (NS). La diferencia entre ellos será igual el calor desprendido por la condensación del agua.

Clasificación de los combustibles

Combustibles sólidos

Combustibles sólidos

El proceso de combustión de estos combustibles difiere bastante con respecto a los combustibles líquidos y los gaseosos.

La buena o mala combustión del sólido depende de la facilidad del acceso del aire ala diversas partículas del combustible. Estas deben estar distribuidas uniformemente sobre la superficie de combustión, no se debe encontrar amontonado o agolpado.

El proceso de combustión de un sólido esta dividido en cuatro períodos o fases a saber:

a) secado del combustible

Al comenzar a recibir calor, el combustible se seca, evaporando la humedad que posee, convirtiéndose en vapor de agua.

b) la destilación:

Comienza cuando se ha evaporado toda la humedad del combustible. Este se compone de hidrocarburos más simples, comenzando a quemar los más volátiles (requieren menor temperatura de inflamación.

C)Al aumentar la temperatura debido a la combustión de los primeros hidrocarburos que queman se alcanzan las condiciones para que se quemen los hidrocarburos menos volátiles, casi todos los componentes activos del combustible.

D) Quemadas todas las sustancias volátiles, la llama se apaga. Quedando las cenizas del sólido, considerándose la escoria y los componentes inactivos.

Entre ellos podemos encontrar:

Maderas: utilizados como combustibles en bosques o en estufas hogareñas ( poder calorífico hasta 4500 cal / Kg. secos).

Carbones fósiles: cuantos más antiguos son los restos orgánicos y mayores presiones soportan, mayor es la cantidad del carbón.

Antracita: son los carbones más antiguos. Tienen gran contenido de carbono y pocos materiales volátiles y oxígeno. ( NS = 7800 a 8600 cal /kg ).

Hulla: son los carbones más utilizados en la industria, se distingue tres tipos: hulla seca, hulla grasa y la hulla magra.

Hulla seca: hornos de arrabio y en la producción de coque metalúrgico. ( NS = 7500 cal / kg.)

Hulla grasa: en la producción de gas alumbrado y coque. ( NS = 8300 a 8600 cal / kg.)

Hulla magra: desprende pocas materias volátiles. ( NS = 7900 a 8370 cal / kg.).

Todas las hullas son de color negro o gris oscuro.

Lignito: son combustibles que proceden de la carbonización natural de la madera. Al quemarse desprende el azufre provocando mal olor y daños en metales y estructuras. Hay dos tipos distintos:

Lignitos perfectos: más antiguos ( poder calorífico = 6000 cal / Kg. )

Lignitos leñosos: más jóvenes. ( poder calorífico = 5000 a 5700 cal /Kg.)

Turba: son carbones de menor calidad. De 3200 a 4000 cal / Kg. = NS.

Residuos orgánicos: son restos muy grasos comprendidos entre los carbones y el petróleo. Prácticamente no se utilizan.

Carbón vegetal o de leña: provienen de la carbonización de la madera . NS = 6000 a 7000 cal / Kg., no contiene azufre.

Combustibles líquidos

Al calentarse un combustible líquido, existe un período de destilación en el cual el líquido se descompone en diversos componentes volátiles.

Se cebe distinguir dos casos según la forma en que se queman. Si son suficientemente volátiles para que al calentarse emitan vapores en suficiente cantidad como para continuar ardiendo, se comporta como un combustible gaseoso

En cambio, en los líquidos menos volátiles no es necesario efectuar una vaporización para que se produzca la combustión.

En tal caso se forma una mezcla de aire combustible, conservándose este último en estado líquido todavía, aunque finalmente pulverizado, constituyendo una mezcla carbónica. Por ejemplo esta mezcla se produce en un carburador de un motor a explosión.

El punto de inflamación es aquel para el cual el líquido desprende materias volátiles inflamables.

Cuando la temperatura y la presión alcanza determinado valor la propagación del frente de combustión se hace más rápida que en condiciones normales.

Los combustibles líquidos presentan, en general, mejores condiciones que los sólidos para entrar en combustión.

Los combustibles líquidos son sustancias que se las obtiene por destilación, ya sea del petróleo crudo o de la hulla.

Sometiéndolos a procesos térmicos se puede obtener mayor diversidad de productos derivados.

El punto de inflamación es la temperatura a la cual el combustible, al ser calentado y producirse la inflamación por un foco exterior, comienza a presentar por

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