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TEORIA DE LA COMBUSTION

Combustión

Es un proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustibles comunes, el proceso consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua, junto con otros productos como dióxido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible. El término combustión, también engloba el concepto de oxidación en sentido amplio. El agente oxidante puede ser ácido nítrico, ciertos percloratos e incluso cloro o flúor.

Liberación de energía

La mayoría de los procesos de combustión liberan energía (casi siempre en forma de calor), que se aprovecha en los procesos industriales para obtener fuerza motriz o para la iluminación y calefacción domésticas. La combustión también resulta útil para obtener determinados productos oxidados, como en el caso de la combustión de azufre para formar dióxido de azufre y ácido sulfúrico como producto final. Otro uso corriente de la combustión es la eliminación de residuos.

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 deseadas. Para lograr altas temperaturas puede utilizarse aire rico en oxígeno, o incluso oxígeno puro, como en el caso de la soldadura oxiacetilénica. 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.

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, la parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustión interna de cuatro tipos: el motor cíclico Otto, el motor diésel, el motor rotatorio y la turbina de combustión. El motor cíclico Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica. El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Christian Karl Diésel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. Se emplea en instalaciones generadoras de electricidad, en sistemas de propulsión naval, en camiones, autobuses y algunos automóviles. Tanto los motores Otto como los diésel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos.

Teorías de combustión.

Desde el principio de los tiempos, la combustión ha estado con nosotros, pero sólo recién en los tiempos de Aristóteles se le ha observado con seriedad. Éste definió que el fuego era uno de los cuatro compuestos que componían toda la materia. Después de esta explicación debieron pasar siglos hasta que alguien, para ser más preciso, el médico Ernst Stahl, intentara explicar la naturaleza de la combustión mediante un método serio.

La combustión es un proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz.

Los procesos de combustión liberan energía, casi siempre en forma de calor. La forma más común de aprovechar esta energía es el motor de combustión interna que es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión.

En la historia existieron dos teorías de combustión importantes.

Teoría del flogisto: Basada en la existencia de un "principio de la combustibilidad" que denominado "flogisto" por Ernst Stalh. De acuerdo con sus ideas, los metales estaban formados por flogisto y la cal correspondiente, de modo que, cuando se calcinaban, el flogisto se desprendía y dejaba libre la cal.

Teoría de combustión por Lavoisier: Lavoisier demostró que la combustión es un proceso en el cual el oxígeno se combina con otra sustancia en la que sucede un aumento de calor.

DETONACION y OCTANAJE

Detonación es cuando, durante la combustión, el aire y combustible que aún están en la cámara explotan sin necesidad de que llegue el frente de llama.

Recordad cómo es la combustión en un Otto (motor de gasolina)... salta la chispa, se genera un frente de llama, avanza por la cámara, dejando detrás productos (Dióxido de carbono, agua, etc.), pero conservándose en la cámara aire y combustible, delante del frente de llama.

Si ese aire y combustible se ponen a mucha presión, acaban inflamándose por sí solos (como en un Diésel).

Ojo, la detonación no es que la mezcla explote antes de que salte la chispa (bueno, sí lo sería, pero ese caso es muy raro). En uno de gasolina, la detonación se produce después del salto de chispa, durante la combustión.

¿De qué depende la detonación?

La detonación, o auto inflamación de una mezcla, es una cuestión de tiempo, presión y temperatura. Si cogemos una mezcla de aire y combustible, y la ponemos a alta presión y alta temperatura, pasado un cierto tiempo, acaba auto inflamándose. El tiempo que tarda en hacerlo se llama tiempo de retardo.

Ese tiempo de retardo es más pequeño cuando mayores sean la presión y la temperatura, es decir, la mezcla se auto inflama antes cuanto mayores sean la presión y temperatura.

Así, en un motor, el mayor riesgo de detonación se tiene a regímenes de giro pequeños, con alta carga (presión alta), porque en esas condiciones la mezcla está durante más tiempo a presión elevada, y es más probable que pase el tiempo necesario para que se auto inflame. A regímenes altos, por muy altas que sean las presiones y temperaturas, la mezcla no está tanto tiempo a alta presión, por lo que el riesgo de detonación es más pequeño.

En motores turbo, quizás sean las peores condiciones las del entorno de par máximo, ahí, con regímenes aún no muy altos, las presiones en cámara son mayores que a bajo régimen (por el soplado del turbo).

¿Qué es el índice de octano?

Mide el poder antidetonante de la gasolina. Si es alto, la mezcla aguanta mucha presión y temperatura sin auto inflamarse. Si es bajo, aguanta poco, es decir, que a la mínima va a explotar. El gasoil tiene un índice de octano muy pequeño.

Realmente, el índice de octano es el porcentaje de octano que tiene una gasolina patrón compuesta de octano y heptano que tiene el mismo poder antidetonante que la gasolina en cuestión.

¿De qué depende la detonación?

La detonación, o autoinflamación de una mezcla, es una cuestión de tiempo, presión y temperatura. Si cogemos una mezcla de aire y combustible, y la ponemos a alta presión y alta temperatura, pasado un cierto tiempo, acaba autoinflamándose. El tiempo que tarda en hacerlo se llama tiempo de retardo.

Ese tiempo de retardo es más pequeño cuando mayores sean la presión y la temperatura, es decir, la mezcla se autoinflama antes cuantos mayores sean la presión y temperatura.

Así, en un motor, el mayor riesgo de detonación se tiene a regímenes de giro pequeños, con alta carga (presión alta), porque en esas condiciones la mezcla está durante más tiempo a presión elevada, y es más probable que pase el tiempo necesario para que se autoinflame. A regímenes altos, por muy altas que sean las presiones y temperaturas, la mezcla no está tanto tiempo a alta presión, por lo que el riesg de detoinación es más pequeño.

En motores turbo, quizás sean las peores condiciones las del entorno de par máximo, ahí, con regímenes aún no muy altos, las presiones en cámara son mayores que a bajo régimen (por el soplado del turbo).

¿Qué es el índice de octano?

Mide el poder antidetonante de la gasolina. Si es alto, la mezcla aguanta mucha presión y temperatura sin autoinflamarse. Si es bajo, aguanta poco, es decir, que a la mínima va a explotar. El gasoil tiene un índice de octano muy pequeño.

Realmente, el índice de octano es el porcentaje de octano que tiene una gasolina patrón compuesta de octano y heptano que tiene el mismo poder antidetonante que la gasolina en cuestión.

¿Qué es el octanaje?

Octanaje o número de octano es una medida de la calidad y capacidad antidetonante de las gasolinas para evitar las detonaciones y explosiones en las máquinas de combustión interna, detal

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