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Combustion de la reaccion quimica

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by

Duban Yesi Medina Duran

on 6 September 2014

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Transcript of Combustion de la reaccion quimica

Es una reacción química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de puntos en forma de calor y luz, manifestándose visualmente gracias al fuego, u otros.
Mecanismo general de las reacciones de combustión
Ecuación química

Combustible + O2 → H2O + CO2 + energía
Reacción de combustión

(Combustión de hidrocarburos (alcanos) con O2.)

C(n)H(2n+2) + (1.5n+0.5)O2 → (n)CO2 + (N+1)H2O

REACCIONES QUIMICAS
C + O2 → CO2
CO + 1⁄2 O2 → CO2
H2 + 1⁄2 O2 → H2O
S + O2 → SO2
SH2 + 3⁄2 O2 → SO2 + H2O

Entre las sustancias más comunes que se pueden encontrar en los productos o humos de la reacción se encuentran:

CO2 : Dióxido de Carbono
H2O : Vapor de Agua
N2 : Nitrógeno gaseoso
O2 : Oxigeno gaseoso
CO : Monóxido de Carbono
H2 : Hidrogeno gaseoso
Carbono en forma de hollín
SO2 : Dióxido de Azufre
Reacción de Combustión

La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.
Reacción de Combustión.
COMPONENTES QUIMICOS
Una combustión es toda reacción creada entre el material combustible y el comburente, activados por una cierta cantidad de energía, creando y desprendiendo calor, llamado reacción exotérmica.
Los materiales sólidos, sufren una destrucción de su estructura molecular cuando se eleva la temperatura, formando vapores que se oxidan durante el proceso de combustión.
Los materiales líquidos, en contacto con la cantidad de energía necesaria se vaporizan mezclándose con el comburente (oxígeno) para dar paso a la llama creándose así el inicio del incendio.
QUE ES LA COMBUSTIÓN
GAS NATURAL
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 oxigeno 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.
1. Completa: S e produce cuando el total del combustible reacciona con el oxígeno. En el caso de una combustión completa, los productos de esta combustión son solamente CO2, H2O, O2 y N2. Es decir no quedan residuos de combustible sin quemar.

2. Incompleta: Se produce cuando parte del combustible no reacciona completamente. En este caso los productos de la combustión incluyen también hidrocarburos no quemados, como C, H y CO.


tipos de combustion
Condiciones para la combustión

Para que ocurra la combustión, el combustible debe alcanzar la denominada temperatura de ignición. Cuando ello ocurre, el combustible comienza a arder y se forma la llama, una zona donde ocurre una rápida oxidación del combustible, liberando gran cantidad de energía, y que se produce a altas temperaturas.

Combustible Fórmula Química Límite Inferior % Límite Superior %
Metano CH4 5 14
Propano C3H8 1,86 8,41
Butano C4H10 2,37 9,5
Gas Natural 5 15
¿Cómo Reducir la Producción de Monóxido de Carbono en la Combustión?

Una combustión incompleta da origen a la formación de monóxido de carbono. Para obtener una combustión completa se deben controlar los siguientes factores:
• Nivel de aire adecuado. El exceso de aire es esencial para una combustión completa. Una relación aire-combustible estequiométrica,aunque asegura la máxima eficiencia y temperatura de la llama,en la práctica llevará a una combustión incompleta, ya que difícilmente se lograrán las condiciones de mezcla para lograr una combustión completa. En general, se debe evitar las mezclas aire-combustible cercanas a la estequiométrica, dado que pequeños cambios en los parámetros de operación como pequeñas variaciones en el suministro de aire pueden desbalancear la relación aire-combustible,produciéndose un aumento del CO.
• Evitar el enfriamiento de la llama causado por un elevado exceso de aire. Al aumentar el exceso de aire, la llama se enfría, lo que puede llevar a una combustión incompleta del combustible, produciéndose CO. Este problema se puede producir en los quemadores que permiten variar el consumo de combustible manteniendo fijo el suministro de aire. Al operar cerca del máximo, funciona eficientemente, pero al disminuir la entrada de combustible aumenta el exceso de aire.


prevencion
¿Cómo Reducir la Producción de Monóxido de Carbono en la Combustión?

Una combustión incompleta da origen a la formación de monóxido de carbono. Para obtener una combustión completa se deben controlar los siguientes factores:
• Nivel de aire adecuado. El exceso de aire es esencial para una combustión completa. Una relación aire-combustible estequiométrica,aunque asegura la máxima eficiencia y temperatura de la llama,en la práctica llevará a una combustión incompleta, ya que difícilmente se lograrán las condiciones de mezcla para lograr una combustión completa. En general, se debe evitar las mezclas aire-combustible cercanas a la estequiométrica, dado que pequeños cambios en los parámetros de operación como pequeñas variaciones en el suministro de aire pueden desbalancear la relación aire-combustible,produciéndose un aumento del CO.
• Evitar el enfriamiento de la llama causado por un elevado exceso de aire. Al aumentar el exceso de aire, la llama se enfría, lo que puede llevar a una combustión incompleta del combustible, produciéndose CO. Este problema se puede producir en los quemadores que permiten variar el consumo de combustible manteniendo fijo el suministro de aire. Al operar cerca del máximo, funciona eficientemente, pero al disminuir la entrada de combustible aumenta el exceso de aire.


Velocidad de Combustión y de Liberación de Calor

La velocidad de combustión y de liberación de calor dependen de las características físico químicas de
los reactantes y del tipo de reacción de combustión, la que puede ser homogénea o heterogénea.

Reacciones Homogéneas

Si los reactantes se encuentran en fase gas o vapor, la reacción es homogénea y su velocidad de
combustión dependerá de la concentración del combustible en el aire, la cual debe estar comprendida
entre sus límites de inflamabilidad, y de la liberación del calor generado, que aumenta la temperatura y
permite sostener la reacción mientras existan reactantes.

Tanto la velocidad de combustión como la de liberación de calor tienen valores máximos. A modo de
ejemplo si la mezcla de combustible y aire se encuentra en una proporción dentro del rango de
inflamabilidad, como ocurre en un soplete alimentado con gas licuado y aire, el calor generado y la
temperatura asociada son altas. No ocurre lo mismo con la llama de una vela, ya que el aire debe difundir
para formar la mezcla combustible, generando menos calor con una menor temperatura asociada.

Reacciones Heterogéneas

Si los reactantes están en distinto estado, como gas-sólido o gas-líquido, la reacción es heterogénea.

En una combustión heterogénea del tipo gas-sólido, la velocidad de reacción depende de una serie de
fenómenos de transferencia de masa que incluyen
[6]
:

Difusión del reactante gaseoso hacia la superficie del sólido.
Difusión del reactante gaseoso a través de la capa de cenizas de la superficie del sólido.
Reacción del reactante gaseoso con la superficie de combustión del sólido.
Difusión de los gases y vapores formados a través de la capa de cenizas hacia la
superficie del sólido.
Difusión de los gases y vapores formados hacia el interior del reactante gaseoso.

En una combustión del tipo gas-líquido, en cambio, la velocidad de reacción dependerá de la velocidad
de transporte de los reactantes, de su solubilidad y de las interacciones químicas que se produzcan entre
ellas.

La combustión de un líquido o de un sólido requiere del aumento de su temperatura superficial hasta que
se desprendan vapores a una velocidad suficiente para que, una vez iniciada esta reacción, se mantenga
la llama.

Los líquidos combustibles generan vapor desde su superficie, pero solo cuando ellos alcanzan la
temperatura de inflamación los vapores emanados pueden formar una mezcla combustible con el aire.

Con los sólidos se pueden aplicar conceptos similares, pero ellos requieren temperaturas más altas sobre
su superficie, ya que en forma previa a la existencia de vapores deben producirse descomposiciones de
tipo químicas, conocidas como reacciones de pirólisis, originadas por calor radiante o por su exposición a
un flujo caliente de gases.

Este tipo de reacción se conoce también como de calor latente o “smoldering”
[7]
y es la responsable de
las características de la combustión de combustibles porosos, principalmente, en los de tipo celulósicos,
así como de la propensión a su reignición. 4



reacciones homogeneas y heterogeneas
Reactor de combustión

La combustión en una atmósfera libre puede efectuarse con fines de iluminación, aprovechando la energía luminosa de la llama de difusión, pero con fines de aprovechamiento térmico representa niveles demasiado bajos de aprovechamiento energético, aceptables solamente en el campo artesanal. En actividades industriales, las exigencias de concentración térmica y costos establecen la necesidad de que las reacciones de combustión se efectúen en el interior de un reactor llamado comunmente hogar o cámara de combustión. El diseño de reactores de combustión obedece principalmente a criterios vinculados al proceso para el cual se genera calor y la forma de transferencia de calor requerida. El diseño de un reactor ideal para asegurar combustión completa podría ser definido en los siguientes términos y/o condiciones:


Longitud : Debiendo alojar la llama y dependiendo ésta del tiempo de reacción de las partículas de carbón, en la medida que se acelere la cinética de la reacción con temperatura y turbulencia, podrá acortarse el tiempo de reacción completa y la longitud de la llama y por tanto, el reactor.

Volumen útil : Se podrá acortar la longitud del reactor en la medida que se acorte la llama, pero al hacerlo podría abrirse en forma cónica determinando que el ancho y la altura tengan que ampliarse para evitar el impacto de llama sobre las paredes. En la medida que se logre formar una llama más compacta


Concentración de calor:

Un reactor ideal tendría que ser concebido construído con paredes de material refractario de la mayor reflectividad con capacidad para absorber calor y reflejarlo, manteniéndose en equilibrio térmico. La forma del reactor también presentaría el mejor comportamiento con un diseño cónico o cilíndrico, permitiendo concentrar la mayor cantidad de calor en el centro de la llama.
a) Hornos rotatorios :

En estos reactores de forma cilíndrica la llama se forma a partir de un chorro recto confinado. Este reactor presenta la facilidad de poder alargar la llama sin limitaciones de impacto con una pared posterior, pero igualmente tendrá que disponer de suficiente impulso total para mantenerla centrada y el diseño del quemador tendrá que permitir la formación de llama cónica hueca para evitar que se abra impactando con las paredes. Los hornos rotatorios son circulares, por lo que presentan el volúmen útil más conveniente y ofrecen buenas condiciones de concentración térmica. Las características del proceso influencian la concentración de calor; así existe una gran diferencia entre el comportamiento del material en procesos de hornos de cal (reacción endotérmica) y de clínker para cemento (reacción exotérmica). En los secadores rotatorios también se presenta menor concentración de calor y temperaturas de llama por ser la vaporización fuertemente endotérmica.
b) Hornos de fundición :

En este tipo de hornos el reactor está muy lejos de constituir un diseño ideal, debido a que el material a ser fundido se encuentra en el piso y se alojan llamas en un extremo del horno, calentando el material hasta fusión por transferencia de calor por radiación y en menor medida por convección. El nivel de concentración térmica es alto debido a los niveles de temperatura, pero las pérdidas por radiación en las paredes y el techo también son altas. Una mejora considerable de estos hornos como reactores de combustión se ha logrado incorporando mayor número de quemadores en las paredes y en el techo.
COMBUSTIÓN INDUSTRIAL
SIGLO XXI


En el Siglo XX los fabricantes y proveedores han complicado innecesariamente la combustión con fines comerciales, creando problemas para los usuarios; trabajando 20 años investigando,
dictando cursos y ejecutando proyectos en todo Latinoamérica, hemos desarrollado una nueva visión de la tecnología, demostrando que la combustión es maravillosamente simple y que todos podemos ser expertos en combustión en el siglo XXI, convirtiendo tales problemas en oportunidades.


ESQUEMA BASICO DE LA COMBUSTION INDUSTRIAL
TIPOS DE COMBUSTION
COMBUSTIÓN INDUSTRIAL

En este capítulo se recoge el conjunto de actividades relacionadas con la combustión
industrial. Estos procesos se dividen en la nomenclatura SNAP-97 de actividades en los tres
subgrupos siguientes:

- 03.01: Combustión industrial no específica.
- 03.02: Combustión industrial en hornos sin contacto.
- 03.03: Procesos de combustión industrial con contacto.
Por combustión industrial no específica (subgrupo 03.01) se entiende aquélla que tiene
lugar en los centros industriales pero que no es específica de ninguna rama industrial
particular (así la generación de calor o electricidad por combustión en calderas, turbinas de
gas o motores estacionarios). Por combustión industrial en hornos sin contacto se entiende
la combustión que se realiza en hornos (que difieren normalmente de unas ramas
industriales a otras) en los que ni las llamas ni los gases de combustión entran en contacto
directo con las materias tratadas en el horno. Por procesos de combustión industrial con
contacto se entiende aquellos tipos de combustión en hornos donde bien las llamas, bien los
gases de combustión sí entran en contacto con las materias tratadas en el horno.
Esta distinción es importante de cara a la estimación de las emisiones dada la
diferenciación de características que desde el punto de vista físico se establece entre los
procesos de combustión de las actividades que se integran en cada subgrupo.
El capítulo se estructura en tres epígrafes básicos: uno para cada uno de los
subgrupos de actividades mencionados. Dentro de cada subgrupo se presentan para cada
una de las actividades elementales los siguientes contenidos de información:
- Descripción general del proceso que da origen a las emisiones.
- Datos de la variable de actividad socioeconómica que representa la “dimensión” de la
actividad.

- Factores de emisión o algoritmos de cálculo de las emisiones.
- Emisiones observadas o estimadas.
El capítulo se cierra con el epígrafe donde se reseñan no sólo las referencias citadas
en el texto sino también otras fuentes consultadas por el equipo de trabajo para la
elaboración del Inventario.Inventarios Nacionales de Emisiones a la Atmósfera 1990-2012. Volumen 2: Análisis por Actividades SNAP. 3.2
Una observación sobre una de las fuentes de información principales respecto a las
variables de actividad de este capítulo parece oportuno indicarla en este momento, para
evitar cualquier posible confusión sobre la procedencia de la información primaria. Se trata
del cambio de la organización ministerial que ha integrado en el actual Ministerio de
Industria, Energía y Turismo (MINETUR), Direcciones o Subdirecciones Generales de los
antiguos Ministerio de Industria, Turismo y Comercio (MITYC), Ministerio de Ciencia y
Tecnología (MCYT) y Ministerio de Economía (MINECO), y que a su vez integraban, como
resultado de una reorganización ministerial anterior, Direcciones o Subdirecciones
Generales del, en su momento, Ministerio de Industria y Energía (MINER). Para referir estas
fuentes se utilizará esencialmente la referencia de la nueva ubicación (MINETUR), pero no
se excluye que en algún caso se mantenga la referencia a MITYC, MCYT, MINECO o
MINER dado que ciertas publicaciones han sido editadas con el logotipo de estos antiguos
Ministerios.

REACTORES DE COMBUSTION
MESCLAS HETEROGENEAS
GRACIAS
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