Aire de combustión, coeficiente de exceso de aire

El aire de combustión proporciona el oxígeno necesario para la combustión. Está compuesto por nitrógeno (N2), oxígeno (O2), bajos volúmenes de gases inertes y una parte variable de vapor de agua. En algunos casos, se utiliza para la combustión oxígeno puro o una mezcla de oxígeno y aire. Los principales constituyentes del aire de combustión (con la excepción del oxígeno, que se consume durante la combustión) se encuentran en los gases de combustión.

Combustión ideal, coeficiente de exceso de aire, balance de materiales:

Combustión ideal, coeficiente de exceso de aire, balance de materiales. La necesidad mínima de oxígeno para la combustión completa (ideal) de las partes inflamables depende de la composición del combustible.
1 kg de carbono, por ejemplo, necesita 2,67 kg de oxígeno para quemarse, mientras que 1 kg de hidrógeno necesita 8 kg y 1 kg de azufre sólo 1 kg de oxígeno. En este caso, la combustión cuando las proporciones de las cantidades son exactas se denomina como combustión ideal o combustión en condiciones estequiométricas.

Las ecuaciones de reacción correspondientes son como sigue:

Carbono: C + O2 ----> CO2

Hidrógeno: 2H2 + O2 ----> 2H2O

Azufre: S + O2 ----> SO2

Composición del aire puro y seco en la superficie terrestre:

La combustión ideal se puede basar en el modelo mostrado en la Figura:

Modelo de una combustión ideal:

La cantidad de oxígeno suministrado es suficiente para quemar totalmente el combustible presente; no hay exceso de oxígeno ni de combustible.

En la práctica, sin embargo, esta cantidad ideal (mínima) de oxígeno no es suficiente para una combustión completa debido a la mezcla incompleta del combustible y el oxígeno, entre otras cosas, y se debe aportar más oxígeno y por consiguiente más aire de combustión de lo que es estequiométricamente necesario. Esta cantidad adicional de aire se conoce como "exceso de aire", la proporción entre la cantidad de aire real y la estequiométricamente necesaria se conoce como coeficiente de exceso de aire (Lambda). La siguiente figura muestra esta situación en forma de modelo; debido al exceso de aire, aquí Lambda > 1.

Modelo de la combustión con exceso de aire:

Combustion incompleta

Combustión incompleta

La combustión se considera incompleta cuando parte del combustible no reacciona completamente porque el oxígeno no es suficiente. La combustión es una reacción quimíca de oxidación en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de energía en forma de calor y luz manifestándose visualmente como fuego. Cuando una sustancia orgánica reacciona con el oxígeno de manera incompleta formando además de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) otros subproductos de la combustión los cuales incluyen también carbón, hidrocarburos no quemados, como Carbono (C), Hidrógeno (H) y monóxido de carbono (CO). La combustión es incompleta cuando hace falta oxígeno y no es suficiente a eso se le llama combustión incompleta. En altas concentraciones los resultados de la combustión pueden ser letales.
El término combustión incompleta por lo general se utiliza en relación con la quema de hidrocarburos.
La combustión es el proceso de quema que se produce cuando el combustible, el oxígeno y el calor están presentes simultáneamente. El resultado de la combustión completa es la liberación de la energía, dióxido de carbono y vapor de agua. Si el hidrocarburo contiene azufre, el dióxido de azufre también estará presente.

Por otro lado, los resultados de la combustión incompleta en algunos de los átomos de carbono se combina con un solo átomo de oxígeno para formar monóxido de carbono y otros subproductos potencialmente dañinos.
La combustión incompleta puede presentarse en mezclas ricas, pobres o estequiométricas. En cualquier caso la resolución del problema puede encararse con los procedimientos ya vistos de balance de especies atómicas y las leyes de la estequiometría.

Los datos de la composición de humos los podemos obtener mediante un análisis de humos utilizando un instrumento adecuado (analizador de Orsat, medidores portátiles digitales) en caso que la combustión se esté efectuando, o suponerlos a priori (por un requisito normativo por ejemplo) y en ese caso calcular cómo debo regular la combustión para obtenerlos.

Una combustión incompleta puede tener su orígen en la falta de carburación, es decir, en el abasto de oxígeno, por lo que no hay una oxidación de alta eficiencia, y el residuo que se forma es CO (monóxido de carbono), acompañado de una disminución de calor, dada la ineficiente oxigenación. Además el CO es un gas que mancha los recipientes, tiene una alta capacidad de absorción de calor (por tanto, aumenta la temperatura atmosférica), y puede ser un tóxico letal, al inhalarse por periodos de tiempo continuos, en atmósferas sin circulación continua extracción o recambio de gases

Color de la llama
.- El color amarillo a una combustión incompleta donde se produce monóxido de carbono.
.- Las diferentes tonalidades se deben a la diferente proporción entre combustión completa (CO2) e incompleta (CO)


Si te das cuenta, al comienzo de la llama predominan el azul (hay mucho aire y por lo tanto suficiente oxígeno para producir CO2) pero conforme asciende la llama va tomando tonos cada vez más amarillos porque comforme asciende el aire se va quemando el O que contiene y por eso en la parte de arriba se produce una falta de O que hace que la combustión sea incompleta produciendo CO en vez de CO2.

En pirotecnia, los diferentes colores se producen añadiendo diferentes compuestos muy bien molidos para facilitar su combustión. Creo recordar (pero puedo equivocarme) que el manganeso produce azul, el cobre verde, y el rojo se consigue con hierro.

Datito: ¿Sabias que cuando se efectua una combustion incompleta de un hidrocarburo hace que el hidrocarburo se transforme totamente en agua y anhídrido carbónico formando monóxido de carbono  y se libera combustible sin quemar. Con la sangre forma la carboxihemoglobina que resulta mortal, ya que impide que la sangre se oxide y lleve el oxígeno a los tejidos, lo cual es la causa de muchas muertes en invierno?

Combustión

Combustión

La combustión es una reacción entre un comburente y un combustible, con desprendimiento de luz y calor.
Se denomina comburente al medio de reacción que permite que ocurra una combustión. En nuestro planeta, el comburente natural es el oxígeno (O2). Sin oxígeno no es posible una combustión.

Según la cantidad de oxígeno disponible, la combustión también se clasifica en completa e incompleta.

Combustión Completa

No es más que la Utilización de un exceso de comburente para asegurarnos que se oxidan todos los elementos combustibles. En los productos de la combustión va a aparecer un sobrante de comburente pero ningún elemento combustible no oxidado completamente.

Toda combustión completa libera, como producto de la reacción, dióxido de carbono (CO2) y agua en estado de vapor (H2O); no importa cuál sea el combustible a quemar. Estas sustancias no son tóxicas, pero el dióxido de carbono es el mayor responsable del recalentamiento global.

Combustible + O2 --------------- CO2 + H2O + energía (luz y calor)

El calor de la reacción se libera, por eso se dice que es una reacción exotérmica. Esa energía calórica hace evaporar el agua, o sea los productos de una combustión completa están en estado gaseoso.
La combustión completa presenta llama azul pálido, y es la que libera la mayor cantidad de calor –comparada con la combustión incompleta del mismo combustible-. Entonces, para hacer rendir mejor el combustible, hay que airear el lugar donde ocurre una combustión.
Una ecuación que representa la combustión completa del metano (principal componente del gas natural) es:
CH4 + 2 O2 --------------- CO2 + 2 H2O

Combustibles

Combustibles

Combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor poco a poco. Supone la liberación de una energía de su forma potencial (energía de enlace) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía mecánica (motores térmicos) dejando como residuo calor (energía térmica), dióxido de carbono y algún otro compuesto químico.

Otra característica de los combustibles, en ciertos casos muy importantes, es la llamada temperatura de ignición, o temperatura a la que se desencadena la reacción de combustión.

Temperatura de ignición: temperatura mínima necesaria para que la materia empiece a arder y la llama se mantenga sin necesidad de añadir calor exterior.Una condición fundamental, es que la fuente de calor externa tenga una temperatura más alta que la de ignición de la sustancia.

La principal característica de un combustible es su poder calorífico, Este calor o poder calorífico, también llamado capacidad calorífica, se mide en Joule o julio, caloría o BTU, dependiendo del sistema de unidades. descripción breve continuación.

Los combustibles pueden clasificarse, según el estado en que se presentan, en:

- Combustibles sólidos: leña, carbón vegetal, carbón mineral, carbón de coque, la madera y la turba natural son considerados combustibles sólidos. El carbón se quema en calderas para calentar agua que puede vaporizarse para mover máquinas a vapor o directamente para producir calor utilizable en usos térmicos (calefacción). La turba y la madera se utilizan principalmente para la calefacción doméstica e industrial, aunque la turba se ha utilizado para la generación de energía y las locomotoras o los barcos que utilizaban madera como combustible fueron comunes en el pasado.
actualmente se presentan los combustibles como el carbón en una mayor eficiencia como la es la obtención del carbón de coque mostrando la siguiente elaboración:

principio basado de una caldera de vapor empleando combustibles fósiles como manejo del carbón

- Combustibles líquidos:son los materiales de generación de energía o combustibles que pueden ser aprovechados para generar energía mecánica, o energía cinética. los mas comunes son la gasolina, gasóleo, petróleo industrial (queroseno), alcoholes, Las gasolinas, gasóleos y hasta los gases, se utilizan para motores de combustión interna. El combustible se utiliza en autos lo que contamina grandes ciudades y también el medio ambiente.
detalle sobre el poseso de destilación y obtención de combustibles líquidos a base del petroleo crudo. 

 

solución de contaminación por exceso de plástico para la obtención de diésel o queroseno u otros líquidos combustibles.

Los combustibles derivados del petróleo ocupan el primer lugar entre los que se emplean para la industria, el transporte y la calefacción.

- Gasolina. Es un combustible líquido, de densidad 0,75 y de potencia calorífica 32 000 Kcal/l, muy volátil. A la temperatura ordinaria ya emite vapores que forman mezclas explosivas con el aire, por lo que se prohíbe a los automovilistas repostar con el motor en marcha, mantener las luces encendidas, fumar, etc.

Se comercializan distintos tipos de gasolina: normal, de 91 octanos, y  de 95 octanos. El llamado índice de octanos indica fundamentalmente su diferente capacidad para resistir las altas presiones y temperaturas, dentro del cilindro del motor, sin que se produzca detonación, es decir, auto encendido con anticipación al encendido por la chispa de la bujía. Por eso la gasolina normal es la adecuada para los motores de media compresión y para los que están algo desgastados por el uso, mientras que la gasolina super se emplea para los de alta compresión y prestaciones.

Para mejorar su capacidad antidetonante y hacerlas menos corrosivas, las gasolinas contienen aditivos como el tetraetilo de plomo que, por ser contaminante de la atmósfera, se está sustituyendo por otros más inocuos. Por esta razón ya se está comercializando otro tipo de gasolina, llamada sin plomo.

- Queroseno o petróleo industrial. Es un líquido transparente, algo más denso que la gasolina y menos inflamable, que se utiliza como combustible en los motores a reacción y de turbina de gas. Se utiliza también como disolvente y para calefacción doméstica.

- Gasóleo. Es un líquido de aspecto algo aceitoso, de densidad 0,85 y potencia calorífica de 42 000 Kcal/kg. Su principal aplicación es como combustible de los motores diésel gracias a su propiedad de inflamarse cuando se le somete a elevadas presiones y temperaturas.

En la actualidad este combustible resulta más económico que las gasolinas y por eso se utiliza para motores medianos y grandes de coches, camiones, tractores y buques.

- Fuel-oil. Es un líquido espeso y oscuro que se utiliza para los hornos industriales y ara calefacción. Como su temperatura de inflamación es elevada es difícil mantener su combustión, por lo cual es necesario calentarlo previamente, y con frecuencia puede resultar contaminante debido al humo que desprende cuando las condiciones de su combustión no son las adecuadas. Es el combustible liquido más económico.

La industria petroquímica extrae del petróleo una gama muy amplia de productos: combustibles, disolventes, plásticos, abonos y otros productos elaborados que se utilizan como materia prima para la obtención de otros.

- 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.La composición de éstos varía según la procedencia de los mismos, pero los componentes se pueden clasificar en se pueden clasificar en gases combustibles (CO, H₂, (HC)) y otros gases (N₂, CO₂, O₂). gas natural, propano, butano, acetileno son ejemplos de estos.Se llaman también combustibles a las sustancias empleadas para producir la reacción nuclear en el proceso de fisión, aunque este proceso no es propiamente una combustión.

energía del futuro a base de hidrógeno  

El gas natural se almacena en grandes depósitos llamados gasómetros que lo mantienen a la presión necesaria para impulsarlo a través de una red de tuberías enterradas en el suelo, de estructura ramificada, provista de llaves de paso para aislar cualquier tramo en caso de avería.

Este gas es más pesado que el aire. Por ese motivo cuando se produce una fuga en un recinto cerrado resulta muy peligrosa pues, además del riesgo de explosión, existe el de asfixia, ya que el gas va desplazando al aire que se necesita para la respiración. Para advertir de este peligro, se la añade una sustancia de olor característico que advierte su presencia.

Las normas de seguridad para el uso del gas natural son:

- Los locales donde se consume el gas deben estar dotados de dos aperturas en los muros (una a nivel del suelo y otra junto al techo) para evitar que se acumule el gas en caso de fuga.

- Todas las instalaciones nuevas o las modificaciones de las ya existentes deben ser realizadas por una empresa debidamente autorizada.

- Son obligatorias las revisiones periódicas, cada cuatro años, de todas las instalaciones de gas.

El consumo de gas natural va en aumento, tanto para la industria como para usos domésticos de calefacción y cocina, pues presenta una combustión muy limpia, sin desprendimiento de humo ni de residuos sólidos. Su transporte canalizado es más fácil que el transporte en recipientes metálicos de gases licuados como

el butano y el propano.

- Propano y butano. Son dos combustibles gaseosos que se obtienen en las refinerías de petróleo. El butano se comercializa licuado y envasado en recipientes metálicos de diferentes tamaños, desechables los más pequeños y recargables todos los demás.

El propano (C3HB) también se suministra licuado, en botellas o recargando depósitos metálicos situados en el exterior, junto a las industrias o viviendas, con el gas transportado por un camión cisterna.

Como se ha indicado, el propano y el butano son gaseosos a la presión atmosférica pero, a la presión de envasado, se encuentran en estado líquido. Cuando el usuario abre la llave de salida del recipiente, disminuye la presión en el interior, se produce la

vaporización de estos combustibles y fluyen por el tubo de salida. Para mantener constante la presión de salida de estos gases se intercala una válvula de regulación de presión que lleva incorporada la llave de paso.

En el interior de los locales donde se utilizan estos gases hay que tomar medidas de seguridad parecidas a las adoptadas para el gas natural.

Dato Curioso

En los cuerpos de los animales, el combustible principal está constituido por carbohidratos, lípidos, proteínas, que proporcionan energía para el movimiento de los músculos, el crecimiento y los procesos de renovación y regeneración celular, mediante una combustión lenta, dejando también, como residuo, energía térmica, que sirve para mantener el cuerpo a la temperatura adecuada para que funcionen los procesos vitales.