http://fresno.pntic.mec.es/~fgutie6/quimica2/ArchivosPDF/05Redox.pdf Definición de combustión. · Tipos de combustibles y sus características físicas y químicas. · Oxidante. Aire atmosférico. · Modelo termodinámico del proceso de combustión. · Combustión estequiométrica. · RAC molar. · RAC másica. · Coeficiente lambda (l) · Reacciones de combustión con exceso o déficit de aire. · Proceso de combustión real. · Análisis de gases. · Instrumentos para análisis de gases. · Primera ley de la termodinámica aplicada a procesos de combustión. · Entalpía de formación. http://www.quimitube.com/videos/termodinamica-ejercicio-18calculo-de-la-entalpia-de-combustion-del-etanol-con-entalpias-de-formacion/ http://www.quimitube.com/videos/termodinamica-teoria-10-definicion-de-entalpia-deformacion-y-ejemplos/ http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/141-calculo-de-calor-de-reaccionentalpias-de-formacion
· Tablas termodinámicas de propiedades. · Análisis de energía en flujo estable para mezclas reactivas. · Temperatura de combustión adiabática. adiabática.
· Poder calorífico de un combustible. http://es.calameo.com/read/00056635741b5e3a14cee http://www.100ciaquimica.net/temas/tema5/punto5a.htm
La combustión
La combustión es un conjunto de reacciones de oxidación con desprendimiento de calor, que se producen entre dos elementos: El COMBUSTIBLE : que puede ser un sólido (Carbón, Madera, etc.), un líquido (Gasóleo, Fuel-Oil, etc.) o un gas (Natural, Propano, etc.) COMBURENTE: Oxígeno. La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxígeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno (comburente), siendo el aire Atmosférico el comburente más habitual.
La combustión se distingue de otros procesos de oxidación lenta, por ser un proceso de oxidación rápida y con presencia de llama; a su vez también se diferencia de otros procesos de oxidación muy rápida (detonaciones, deflagraciones y explosiones) por obtenerse el mantenimiento de una llama estable. Para que la combustión tenga lugar han de coexistir tres factores: - COMBUSTIBLE. - COMBURENTE. - ENERGIA DE ACTIVACION. Estos tres factores se representan en el denominado triángulo de combustión, en el cual si falta alguno de los vértices la combustión no puede llevarse a cabo.
El comburente universal es el oxígeno, por lo que en la práctica se utiliza el aire como comburente, ya que está compuesto, prácticamente, por 21% Oxígeno (O2) y 79% Nitrógeno (N2); únicamente en casos especiales se utilizan atmósferas enriquecidas en oxígeno e incluso oxígeno puro (por ejemplo en soldadura). La energía de activación es el elemento desencadenante de la reacción de combustión; en los quemadores habitualmente suele obtenerse mediante una chispa eléctrica entre dos electrodos, en las calderas individuales de gas se obtiene por llama piloto, tren de chispas, etc. La mayoría de los combustibles , al margen de que sean sólidos, líquidos o gaseosos, están compuestos, básicamente, por Carbono (C) e Hidrógeno (H); además de estos componentes principales tienen otros como Azufre (S), Humedad (H2O), Cenizas, etc.
(Ricardo García San José. Ingeniero Industrial.) La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxígeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno (comburente), siendo el aire Atmosférico el comburente más habitual. La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas entre las cuales las más comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma genérica productos, humos o gases de combustión. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxígeno y no con el nitrógeno, el otro
componente del aire. Por lo tanto el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar. Entre las sustancias más comunes que se pueden encontrar en los productos o humos de la reacción se encuentran: • CO2 • H2O como vapor de agua • N2 • O2 • CO • H2 • Carbono en forma de hollín • SO2 De acuerdo a como se produzcan las reacciones de combustión, estas pueden ser de distintos tipos: a) Combustión completa: ocurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado posible de oxidación. En este caso no habrá presencia de sustancias combustibles en los productos o humos de la reacción. b) Combustión incompleta: se produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción. c) Combustión estequiométrica o teórica: Es la combustión que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión no hay presencia de oxígeno en los humos, debido a que este se ha empleado íntegramente en la reacción. d) Combustión con exceso de aire: Es la reacción que se produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión es típica la presencia de oxígeno en los gases de combustión. La razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionar completamente el combustible disponible en el proceso.
Oxidación
Un agente oxidante o comburente es un compuesto químico que oxida a otra sustancia en reacciones electroquímicas o de reducción-oxidación. En estas reacciones, el compuesto oxidante se reduce. Básicamente:
Si el oxidante
se reduce ,
gana electrones.
Si el reductor
se oxida ,
Todos los componentes de la reacción tienen un
pierde electrones. número de oxidación .
En estas reacciones se da un
intercambio de electrones .
Al ceder electrones aument aumenta a su estado estado de oxidación. oxidación. Se debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor. +
+
La sustancia más oxidante que existe es el catión KrF porque fácilmente forma Kr y F . Entre otras, existen el permanganato de potasio (KMnO 4), el dicromato de potasio (K 2Cr 2O7), el agua oxigenada (H2O2), el ácido nítrico (HNO3), los hipohalitos y los halatos (por ejemplo el hipoclorito de sodio (NaClO) muy oxidante en medio alcalino y el bromato de potasio (KBrO3)).
http://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3n-oxidaci%C3%B3n
Aire atmosférico y la oxidación El comburente es el agente que aporta el oxigeno a una reacción de combustión y la fuente más usual y económica de oxígeno disponible es el aire. Si dos reactivos participan en una reacción y uno de ellos es considerablemente más costoso que el otro, es muy común que el reactivo más económico se utilice en exceso con respecto al reactivo más caro. Esto se justifica a efecto de aumentar la conversión del reactivo más caro a expensas del costo del reactivo en exceso. En consecuencia, como el reactivo mas económico es el aire, que además es gratis, las reacciones de combustión se realizan invariablemente con más aire del que se necesita, para asegurarse en proporcionar oxígeno en cantidad estequiometrica al combustible.
Conceptos En el manejo de las ecuaciones de reacciones de combustión generalmente se emplean algunos conceptos importantes a saber: Aire teórico o requerido: es la cantidad de de aire que contiene el oxígeno teórico Oxígeno teórico: Son las moles (para un proceso intermitente) o la velocidad de flujo Molar (para un proceso continuo) de oxigeno que se necesitan para efectuar la combustión completa del combustible en el reactor, suponiendo que todo el carbono del combustible se oxida para formar CO2 y todo el H2 se oxida para formar H2O. Exceso de aire: es la cantidad de aire en exceso con respecto al teórico o requerido para una combustión completa.
Para su cálculo pueden emplearse em plearse las siguientes expresiones equivalentes : O2 que entra al proceso - O2 requerido % de exceso de aire = ----------------------------------------------------- x 100 O2 requerido O2 de exceso % de exceso de aire = ----------------------------------------------------- x 100 O2 de entrada - O2 de exceso
Para los cálculos de aire teórico y aire en exceso deben tenerse en claro los siguientes conceptos :
a) El aire teórico requerido para quemar una cierta cantidad de combustible no depende de la cantidad que realmente se quema. El combustible puede reaccionar parcialmente y puede quemarse parcialmente para formar CO y CO2 pero el aire teórico es aquel que se requeriría para reaccionar con todo el combustible para form ar solo CO2 b) El valor del porcentaje de aire en exceso depende solo del aire teórico y de la velocidad de alimentación de aire y no de cuanto O2 se consume en el reactor o bien de que la combustión sea completa o parcial. Composición del aire El aire atmosférico presenta la siguiente composición
En la mayoría de los cálculos de combustión es aceptable utilizar esta composición simplificada a 79 % de N2 y 21 % de O2 en base molar. Así un Kmol de aire contiene contiene 0,21 Kmol de oxígeno y 0,79 Kmol de nitrógeno, siendo siendo la relación de 79/21 = 3,76 Kmol de N2 / Kmol de O2 o también puede expresarse como la cantidad de 4,76 Kmol de aire / Kmol de oxigeno que equivale a la cantidad de aire necesaria para contener 1 Kmol de oxígeno. Recordar y no confundir que estas relaciones son válidas únicamente para composiciones molares. En términos de composiciones de masa o kilogramos, estas cantidades son diferentes: 1 kg kg de aire contiene 0,233 kg. de oxígeno oxígeno y 0,766 kg. De
nitrógeno y la cantidad de aire necesaria para contener 1 kg. de oxigeno es de 4,292 kg. de aire.
http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/integ2/combustion.pdf
Combustión estequiometrica
Estequiometria Estequiometria de la combustión La estequiometría es parte de la la química que estudia las relaciones cuantitativas entre los átomos que constituyen las sustancias, y entre las sustancias que reaccionan y las que se obtienen en las reacciones químicas.
La combustión estequiométrica prácticamente es irrealizable, lo que obliga a operar con excesos de aire con el fin de lograr combustiones completas. El calor producido en la combustión completa es independiente del exceso de aire, pero el aprovechamiento de este calor es tanto menor cuanto mayor es el exceso de aire con el que se trabaja, ya que una parte del calor de la combustión se utiliza en calentar a los humos y éstos aumentan con el exceso de aire; por todo ello, en la práctica se buscan combustiones completas con los menores excesos de aire posibles; esto se consigue con una adecuada puesta a punto de los elementos que intervienen en la combustión (líneas de combustible, quemadores, calderas y chimeneas) y un correcto mantenimiento. Para obtener una correcta combustión debe lograrse una buena mezcla del combustible con el aire; en este sentido los combustibles gaseosos presentan mayor facilidad de mezcla que los líquidos y éstos a su vez más que los sólidos; por este motivo pueden obtenerse menores excesos de aire con los combustibles gaseosos.
Estequiometria Estequiometria de la combustión
La estequiometría es parte de la la química que estudia las relaciones cuantitativas entre losátomos que constituyen las sustancias, y entre las sustancias que reaccionan y las que seobtienen en las reacciones químicas.Las reacciones químicas se representan por medio de ecuaciones químicasUna ecuación química representa: el número mínimo de partículas que forman parte de una reacción las masas, cantidad de sustancia (expresada en mol) y los volúmenes (en el casode los gases) de las sustancias que intervienen en la reacción
Una ecuación química (que no es más que la representación escrita de una reacción química) ajustada debe reflejar lo que pasa realmente en antes de comenzar y al finalizar la reacción y, por tanto, debe respetar las leyes de conservación del número de átomos y de la carga total. Para respetar estas reglas, se pone delante de cada especie química un número llamado coeficiente estequiométrico, que indica la proporción de cada especie involucrada (se puede considerar como el número de moléculas/átomos/iones moléculas/átomos/iones o moles moles,, es decir, la cantidad de materia que se consume o se forma). Por ejemplo: En la reacción de combustión de metano (CH4), éste se combina con oxígeno molecular( molecular(O2) del aire para formar dióxido de carbono (CO2) y agua agua.. (H2O). La reacción sin ajustar será:
Esta reacción no es correcta, porque no cumple la ley de conservación de la materia. Para el elemento hidrógeno (H), por ejemplo, hay 4 átomos en los reactivos y sólo só lo 2 en los productos. Se ajusta la reacción introduciendo delante de las fórmulas químicas de cada compuesto un coeficiente estequiométrico adecuado. De esta manera, si se pone un 2 delante del H2O:
se respeta la conservación para el carbono (C) y el hidrógeno (H), pero no para el oxígeno (O), situación que puede corregirse poniendo otro 2 delante de O2 en los reactivos:
y se obtiene así, finalmente, la reacción ajustada. Ésta dice que 1 molécula de metano reacciona con 2 moléculas de oxígeno para dar 1 molécula de dióxido de carbono y 2 moléculas de agua.
http://ceramica.wikia.com/wiki/Estequiometr%C3%ADa
