La Combustion

Definición de combustión

Combustión se le llama a una reacción química durante la cual se oxida un combustible y se libera una gran cantidad de energía, generalmente en forma de calor o lumínica.

El oxígeno tiene la capacidad de combinarse con diversos elementos, en general, el carbono y el hidrogeno, para producir óxidos. Por ende, oxidación es la combinación del oxígeno con otra sustancia. Puede ser sumamente lenta, de tal manera que el fenómeno no vaya acompañado de una elevación de temperatura sensible a nuestros sentidos, como sucede en la oxidación del hierro en el aire húmedo, fenómeno conocido como combustión lenta, o con desprendimiento de calor muy rápido, como la detonación .

La velocidad de la combustión y la integridad de la reacción de combustión o incineración depende de la afinidad que presente el elemento combustible con el oxigeno y de las condiciones en que se realice la combustión (temperatura, tiempo, turbulencia, etc.).

Un concepto que se debe tener presente es que ningún cuerpo arde en su masa o volumen, sino que lo que se quema son los vapores que se desprenden al alcanzar las temperaturas de ignición, inflamación o auto inflamación.

El proceso termina cuando se consigue el equilibrio entre la energía de los compuestos que reaccionan y la de los productos de la reacción. Con el punto de ignición se alcanza la temperatura de inflamación, activado por la energía de una chispa o por la llama de un fósforo.

Son el carbono y el hidrógeno (hidrocarburos) elementos que entran en combustión más fácilmente. El heptano, propano y el metano, entre otros, son sustancias que se utilizan como combustibles, es decir, como fuentes de calor proporcionados por la combustión.

En síntesis, la combustión se produce cuando convergen los siguientes factores:

El combustible, es decir, el material que arde (gas, alcohol, carbón, madera, plástico).

El comburente, el material que hacer arder (oxígeno).

La temperatura de inflamación, la temperatura más baja a la cual el material inicia la combustión para seguir ardiendo.

Ejemplo: Cuando se quema un papel, el aporte de energía lo proporciona la llama; la reacción ocurre en presencia del aire, el cual contiene oxígeno.

Al producirse la reacción química entre el combustible, en este caso el papel (el que arde) y el comburente, oxígeno (el que hace arder) se obtienen como productos de la reacción química, en general, CO2, H2O y cenizas que corresponden al residuo mineral del papel.

La masa inicial del papel se transformó entonces en cenizas y gases que fueron liberados a la atmósfera. Además, se produce calor y luz.

El proceso de combustión se da de la siguiente manera:

Cuando tiene lugar una reacción química, los enlaces de las moléculas de los reactivos se rompen y, los átomos y electrones se reagrupan para formar los productos. En las reacciones de combustión, la oxidación rápida de los elementos reactivos del combustible trae como consecuencia la liberación de energía al formarse los productos de la combustión. Los tres elementos activos más importantes en los combustibles habituales son el carbono, el hidrógeno y el azufre. En general, el azufre contribuye poco a la energía liberada pero es la causa de problemas importantes de contaminación y corrosión. Se dice que un combustible se ha quemado completamente si todo su carbono se ha transformado en dióxido de carbono, todo su hidrógeno en agua y todo su azufre en dióxido de azufre. Si estas condiciones no se cumplen, la combustión es incompleta.

La energía liberada durante la combustión provoca una subida de temperatura en los productos. La temperatura alcanzada dependerá de la velocidad de liberación y disipación de energía, así como de la cantidad de productos de combustión. El aire es la fuente de oxígeno más barata, pero el nitrógeno, al constituir tres cuartos del aire en volumen, es el principal componente de los productos de combustión, con un aumento de temperatura considerablemente inferior que en el caso de la combustión con oxígeno puro. Teóricamente, en toda combustión sólo se precisa añadir una mínima porción de aire al combustible para completar el proceso. Sin embargo, con una mayor cantidad de aire, la combustión se efectúa con mayor eficacia y aprovechamiento de la energía liberada. Por otra parte, un exceso de aire reducirá la temperatura final y la cantidad de energía liberada. En consecuencia habrá de establecerse la relación aire-combustible en función del nivel de combustión y temperatura deseados.

El nivel de combustión puede aumentarse partiendo el material combustible para aumentar su superficie y de este modo incrementar su velocidad de reacción. También se consigue dicho aumento añadiendo más aire para proporcionar más oxígeno al combustible. Cuando se necesita liberar energía de modo instantáneo, como en el caso de los cohetes, puede incorporarse el oxidante directamente al combustible durante su elaboración.

La forma más común de aprovechar la energía de la combustión para fines prácticos es el motor de combustión interna, Tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión.

Tipos de combustible

Un combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor (cuando se quema) y luego transformar su estructura química.

Supone la liberación de una energía de su forma potencial a una forma utilizable, sea directamente o energía mecánica dejando como residuo calor.

Si se supone (caso más común) que la combustión se realiza con aire, la reacción química que se debe plantear es la del proceso por el cual el combustible reacciona con el aire para formar los productos correspondientes, es decir,

Combustible + Aire = Productos

La reacción química entre el combustible y el oxígeno origina sustancias gaseosas. Los productos más comunes son CO2y H2O. A los productos de una reacción de combustión se los denomina, en forma genérica, humos.

Los combustibles fósiles se pueden clasificar convenientemente como:

Sólidos

Líquidos

Gaseosos.

- Combustibles sólidos: Todos los sólidos combustibles queman produciendo cenizas. La combustión puede ser con llama a incandescente. Su combustibilidad depende de: Contenido húmedo del sólido, conductibilidad calorífica, aptitud y temperatura de ignición, grado de combustión,velocidad de propagación, carga termina, etc.

Entre los combustibles sólidos encontramos: carbón de hulla (una mezcla de carbono ceniza no combustible, hidrocarburos y azufre), coque (principalmente carbón, el residuo solido que queda después de calentar carbón de hulla o petróleo, sin sustancias volátiles o hidrocarburos), y en menor media, madera y desperdicios sólidos (basura).

- Combustibles líquidos: los combustibles líquidos, desde el punto de vista industrial, son aquellos productos que provienen del petróleo bruto o del alquitrán de hulla. Los clasificamos según su viscosidad o según su fluidez si es que proceden del alquitrán de hulla.Como derivados que son del petróleo crudo, los combustibles líquidos están formados básicamente por compuestos hidrocarbonados. La mayor parte de los combustibles hidrocarburos líquidos son una mezcla de numerosos hidrocarburos y se obtienen del petróleo crudo mediante destilación. Los hidrocarburos más volátiles se vaporizan primero, formando lo que se conoce como gasolina. Los combustibles menos volátiles que se obtienen durante la destilación son: el queroseno, el diesel y el combustóleo.

- Combustibles gaseosos: Se denominan combustibles gaseosos a los hidrocarburos naturales y a los fabricados exclusivamente para su empleo como combustibles, y a aquellos que se obtienen como subproducto en ciertos procesos industriales y que se pueden aprovechar como combustibles. Entre los combustibles gaseosos podemos encontrar principalmente gas natural (80 a 95% de metano, el resto de etano, propano y pequeñas cantidades de otros gases); también hidrocarburos ligeros obtenidos del tratamiento del petróleo del alquitrán, acetileno e hidrogeno.

Las propiedades más importantes que caracterizan a los combustibles son:

Composición

La composición de un combustible es fundamental para poder determinar los parámetros estequiométricos característicosde la reacción de combustión. Además, establece si el mismo es apto o no para eluso que se requiere, en función de la presencia de componentes que puedan ser nocivos o contaminantes.

La forma habitual de indicar la composición de un gas es como porcentaje en volumende cada uno de sus componentes, en condiciones normales de temperatura y presión.

Los componentes más habituales en un combustible gaseoso son:

• Hidrocarburos, de fórmula genérica CnHm

• Dióxido de carbono: CO2.

• Monóxido de carbono: CO.

• Hidrógeno: H2.

• Oxígeno: O2.

• Nitrógeno: N2.

• Dióxido de azufre: SO2.

• Sulfuro de hidrógeno: SH2.

• Vapor de agua: H2O.

Poder calorífico.

El poder calorífico de un combustible es la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa de combustible.

Viscosidad

La viscosidad es una propiedad intensiva (no depende de la cantidad de muestra que se tome para su estudio) que tiene importancia para combustibles líquidos. Su determinación

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