DEFINICIÓN DE COMBUSTIBLE

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 química) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía mecánica (motores térmicos) dejando como residuo calor (energía térmica).

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.

TIPOS DE COMBUSTIBLES

Sólidos

Líquidos

gaseosos

Combustibles sólidos. se incluyen el carbón, la madera. 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).

Combustibles líquidos. se encuentran el gasóleo, el queroseno o la gasolina (o nafta) etc.

Gaseosos. como el gas natural o los gases licuados de petróleo (GLP), representados por el propano y el butano.

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.

COMBUSTIBLES FÓSILES

Los combustibles fósiles se formaron hace millones de años a partir de restos orgánicos de plantas y animales muertos. Durante miles de años de evolución del planeta, los restos de seres vivos que lo poblaron en sus distintas etapas se fueron depositando en el fondo de mares, lagos y otras masas de agua. Allí se cubrieron por sucesivas capas de sedimentos.

Las reacciones químicas de descomposición y la presión ejercida por el peso de esas capas durante millones de años, transformaron esos restos orgánicos en lo que ahora conocemos como combustibles fósiles.

La mayor parte de la energía empleada actualmente en el mundo proviene de los combustibles fósiles. Se utilizan en el transporte, para generar electricidad, para calentar ambientes, para cocinar, etc.

1 Petróleo2 Carbón3 Gas natural

El petróleo es un líquido oleoso compuesto de carbono e hidrógeno en distintas proporciones. Se encuentra en profundidades que varían entre los 600 y los 5.000 metros. Este recurso ha sido usado por el ser humano desde la Antigüedad: los egipcios usaban petróleo en la conservación de las momias, y los romanos, de combustible para el alumbrado.

Son recursos no renovables, o mejor dicho, son renovables, pero harían falta millones de años para su renovación, y en algún momento, se acabarán. Por el contrario, otros combustibles, como la madera solamente requieren años para su renovación.

El petróleo y sus derivados tienen múltiples y variadas aplicaciones. Además de ser un combustible de primer orden, también constituye una materia prima fundamental en la industria, pues a partir del petróleo se pueden elaborar fibras, caucho artificial, plásticos, jabones, asfalto, tintas de imprenta, caucho para la fabricación de neumáticos y un sinnúmero de productos que abarcan casi todos los productos del campo.

Entre los combustibles fósiles más utilizados se encuentran los derivados del petróleo: gasolinas, naftas, gasóleo, fuelóleo; los gases procedentes del petróleo (GLP): butano, propano; el gas natural, y las diversas variedades del carbón: turba, hullas, lignitos, etc.

La gasolina es una mezcla de hidrocarburos derivada del petróleo que se utiliza como combustible en motores de combustión interna con encendido por chispa convencional o por compresión.

GASOLINA

El octanaje indica la presión y temperatura a que puede ser sometido un combustible carburado mezclado con aire antes de auto-detonarse al alcanzar su temperatura de auto ignición debido a la ley de los gases ideales. Hay distintos tipos de gasolinas comerciales, clasificadas en función de su número de octano.

OCTANAJE

Investigar Historia de las gasolinas en

México

El gasóleo, también denominado gasoil o diésel, es un líquido de color blanco o verdoso y de densidad sobre 850 kg/m3 (0,850 g/cm3), compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores diésel y en calefacción. Su poder calorífico es de 8.800 kcal/kg.

DIESEL

Cuando es obtenido de la destilación del petróleo se denomina petrodiésel y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina biodiésel. El diésel cuesta algo menos que la gasolina por una cuestión de impuestos, su rendimiento es más eficaz (un vehículo diésel consume menos combustible por distancia recorrida que un vehículo de gasolina).

EL GAS LICUADO DEL PETRÓLEO (GLP)

es la mezcla de gases licuados presentes en el gas natural o disueltos en el petróleo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presión ambientales son gases, son fáciles de licuar, de ahí su nombre. En la práctica, se puede decir que los GLP son una mezcla de propano y butano.El propano y butano están presentes en el petróleo crudo y el gas natural, aunque una parte se obtiene durante el refinado de petróleo, sobre todo como subproducto de la destilación fraccionada catalítica (FCC, por sus siglas en inglés Fluid Catalytic Cracking).

GLP EN REFINERÍASSe inicia cuando el petróleo crudo procedente de los pozos petroleros llega a una refinación primaria, donde se obtienen diferentes destilados, entre los cuales se tienen gas húmedo, naftas o gasolinas, queroseno, gasóleos atmosféricos o diésel y gasóleos de vacío.Estos últimos (gasóleos) de vacío son la materia prima para la producción de gasolinas en los procesos de craqueo catalítico. El proceso se inicia cuando estos se llevan a una planta FCC y, mediante un reactor primario a base de un catalizador a alta temperatura, se obtiene el GLP, gasolinas y otros productos más pesados. Esa mezcla luego se separa en trenes de destilación.

EL GAS NATURALEstá compuesto principalmente por metano, un compuesto químico hecho de átomos de carbono e hidrógeno. Se encuentra bajo tierra, habitualmente en compañía de petróleo. Se extrae mediante tuberías, y se almacena directamente en grandes tanques. Luego se distribuye a los usuarios a través de gasoductos. Como es inodoro e incoloro, al extraerlo se mezcla con una sustancia que le da un fuerte y desagradable olor. De este modo, las personas pueden darse cuenta de que existe una filtración o escape de gas.

CARBÓN

El carbón es un mineral que se formó a partir de los restos vegetales prehistóricos, principalmente de los helechos arborescentes. Esos restos sepultados por el fango y bajo los efectos del calor, la presión y la falta de oxigeno, tomaron la estructura mineral que hoy presentan.

La importancia del carbón radica en su poder energético como combustible y en el hecho de constituir la materia prima fundamental en la elaboración de infinidad de artículos. Las primeras maquinas de vapor, como barcos, trenes y maquinaria industrial se movieron gracias a la energía que suministraba a este material. Posteriormente fue desplazado por el petróleo; sin embargo, hoy en día el carbón parece recuperar su posición privilegiada, pues este es Materia prima para la elaboración de plástico, colorantes, perfumes y aceites.

BIOCOMBUSTIBLES

Los llamados biocombustibles (un tanto impropiamente porque los combustibles fósiles también proceden de materia orgánica, materia viva, fosilizada), son sustancias procedentes del reino vegetal, que pueden utilizarse como combustible, bien directamente, o tras una transformación por medios químicos.

ENTRE ELLOS SE ENCUENTRAN:

SÓLIDOS(aprovechamiento de materias sólidas agrícolas: madera o restos de otros procesos, como cáscaras no aprovechables de frutos), que se aglomeran en pellas combustibles;

LÍQUIDOSEn general procedentes de transformaciones químicas de ciertas materias orgánicas, como el Bioalcohol o el Biodiésel

GASEOSOS

Como el llamado biogás, que es el residuo natural de la putrefacción de organismo vivos en atmósfera controlada y que está compuesto de metano y dióxido de carbono a partes más o menos iguales.

DEFINICIONLa combustión es un conjunto de reacciones de oxidación con desprendimiento de calor, que se producen entre dos elementos.

• Combustible• Carburante

Para que la combustión tenga lugar han de coexistir tres factores:

Triangulo de combustión.

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.

En primer lugar se analiza la combustión desde el punto de vista de sus componentes fundamentales (C, H); posteriormente se comentará la influencia de los restantes elementos.

Las reacciones de combustión son:

C + O2 CO2 + Calor (28,09 kWh/kgCO2)2 H2 + O2 2 H2O + Calor (39,47 kWh/kgH2)

ESTEQUIOMETRIA DE LAS COMBUSTIONES

La estequiometria de la combustión se ocupa de las relaciones másicas y volumétricas entre reactivos y productos.

Los aspectos a determinar son principalmente: Aire necesario para la combustión Productos de la combustión y su composición.

COMBUSTION COMPLETA

Conduce a la oxidación total de todos los elementos que constituyen el combustible. En el caso de hidrocarburos:

Carbono CO2Hidrogeno H2OAzufre SO2Nitrógeno N2Oxigeno Participará como oxidante

El Nitrógeno se considera como masa inerte, si bien a las altas temperaturas de los humos pueden formarse óxidos de nitrógeno en pequeñas proporciones (del orden de 0,01%).

COMBUSTION INCOMPLETA.

Los componentes del combustible no se oxidan totalmente por lo que aparecen los denominados.

inquemados, los mas importantes son CO y H2; otros posibles inquemados son carbono, restos de combustible, etc.

COMBUSTION ESTEQUIOMETRICA

Es la Combustión Completa realizada con la cantidad estricta de oxígeno; es decir, el aire empleado en la combustión es el mínimo necesario para contener la cantidad de oxígeno correspondiente a la oxidación completa de todos los componentes del combustible.

La expresión de esta combustión es:CxHy + n Aire (O2 + N2) x CO2 + (y/2) H2O + 0,79 nN2 + Calor (Q)En este caso 0,21· n = x + (y/4), siendo el calor generado es el correspondiente a la combustión completa.

La combustión estequiométrica permite definir los parámetros característicos de los combustibles:

PODER COMBURIVORO PODER FUMIGENO COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE

PODER COMBURIVORO

Es la cantidad de aire seco, medida en condiciones normales (Tª =0°C y P=1atm), mínima necesaria para la combustión completa y estequiométrica de la unidad de combustible.

Unidades habituales: Nm3/kgCombustible, Nm3/Nm3Combustible.Es un parámetro característico únicamente de la composición del combustible y puede tabularse con facilidad.

PODER FUMIGENO

Es la cantidad de productos de la combustión (Nm3) que se producen en la combustión estequiométrica de la unidad de combustible.En función de considerar o no el vapor de agua existente en los productos de la combustión, se tienen Poderes Fumígenos Húmedo y Seco, respectivamente.

COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE

La mayor parte de las combustiones no transcurren en estas condiciones ideales (completa y estequiométrica), el principal aspecto a considerar será la posibilidad de que la combustión transcurra con exceso o defecto de aire, para caracterizar la proporción de oxigeno se define el parámetro “coeficiente de exceso de aire”:n = volumen aire por unidad de combustible / Poder Comburívoro.

n = 1 : Combustión Estequiométrican < 1 : Defecto de aire, se dice que la mezcla es rican > 1 : Exceso de aire, se dice que la mezcla es pobre

Así la combustión puede ser clasificada en:

COMBUSTION CON DEFECTO DE AIRECOMBUSTION CON EXCESO DE AIRE- COMPLETA- INCOMPLETA

* COMBUSTION CON DEFECTO DE AIRE

La cantidad de aire utilizada no contiene el oxígeno necesario para oxidar completamente a los componentes del combustible.CxHy + n2 (O2 + N2) CO2 + CO + H2 + H2O + 0,79 n2 N2 + Calor (Q1).Además de los productos normales de la combustión, Dióxido de carbono (CO2) y Agua (H2O), se producen inquemados como el Monóxido de Carbono (CO) e Hidrógeno (H2); en algunos casos con mucho defecto de aire puede haber incluso carbono y combustible sin quemar, en los humos.El calor producido es inferior al de la combustión completa (Q1 ).

COMBUSTION CON EXCESO DE AIRE.

En este caso la cantidad de aire aportada es superior a la correspondiente a la combustiónestequiométrica; la combustión en estas condiciones puede ser completa o incompleta.

- COMPLETA

Al emplearse más aire que el estrictamente necesario, en los humos se da la presencia de oxígeno. El calor generado (Q) es el correspondiente a la combustión completa.

Nota: La combustión estequiométrica prácticamente es irrealizable, lo que obliga a operar con excesos de aire con el fin de lograr combustiones completas.

- INCOMPLETALa cantidad de aire utilizada es superior a la correspondiente a la combustiónestequiométrica, pero a pesar de ello, debido fundamentalmente a que no se ha logrado una buena mezcla entre el combustible y el aire, los componentes del combustible no se oxidan totalmente.Respecto a la combustión incompleta con defecto de aire, en los productos de lacombustión también se tiene oxígeno; en casos extremos en los humos puede haber carbono y combustible sin quemar.El calor producido es inferior al de la combustión completa (Q2 Q).

PODERES CALORIFICOSSe define como Poder Calorífico de un combustible, a la cantidad de calor que se obtiene de la oxidación completa, a presión atmosférica, de los componentes de la unidad de masa (o volumen) de dicho combustible.Habitualmente se expresa en las siguientes unidades- Combustibles sólidos: kWh/kg.- Combustibles líquidos: kWh/kg ó kWh/l.- Combustibles gaseosos: kWh/kg ó kWh/Nm3. (*)

(*) Nm3 (Normal m3) es el gas contenido en 1 m3 a 0 ºC y presión atmosférica.A veces se utiliza Sm3 (Estándar m3) que es el gas contenido en 1 m3 a 15 ºC y presión atmosférica.

El poder calorífico se define como la energía liberada por el proceso de combustión, y su valor siempre es positivo (el poder calorífico de un combustible es igual al valor absoluto de la entalpía de combustión del combustible).

La entalpía de combustión se indica en base molar, mientras que los poderes caloríficos casi siempre son con base a la masa (kilogramos). El poder calorífico depende del estado en que se encuentre el agua en los productos de combustión.

PODER CALORIFICO INFERIOR (PCI)Es la cantidad de calor que puede obtenerse en la combustión completa de la unidad de combustible, si en los productos de la combustión el agua está en forma de vapor.En este caso una parte del calor generado en las oxidaciones se utiliza para evaporar el agua, por tanto esta parte del calor no se aprovecha.

Poder calorífico inferior (PCI) : es el calor liberado por kilogramo de combustible, el agua formada en los productos de combustión está en forma de vapor.

PODER CALORIFICO SUPERIOR (PCS)es el calor liberado por kilogramo de combustible,En los productos de la combustión el agua aparece en forma líquida, por lo que se aprovecha todoel calor de oxidación de los componentes del combustible.Habitualmente el agua se evacua con los humos en fase vapor, por lo que el poder calorífico máscomúnmente utilizado es el inferior.

Poder calorífico superior (PCS): es el calor liberado por kilogramo de combustible, elagua en los productos de combustión se encuentra en estado líquido.

Tabla de poderes caloríficos de sustancias combustibles

Combustible MJ/kg kcal/kg

Gas natural 53,6 12 800

Acetileno 48,55 11 600

PropanoGasolinaButano

46,0 11 000

Gasoil 42,7 10 200

Fueloil 40,2 9 600

Antracita 34,7 8 300

Coque 32,6 7 800

Gas de alumbrado 29,3 7 000

Alcohol de 95º 28,2 6 740

Lignito 20,0 4 800

Turba 19,7 4 700

Hulla 16,7 4 000

Entalpía de formación

Es la variación de entalpía, en la formación de un compuesto apartir de sus elementos estables a una temperatura y a una presión estándar de referencia (25°C, 1 atm). Esta variación de entalpía es igual al calor liberado o absorbido durante el proceso de formación.

Entalpía (del griego [enthálpō], ‘agregar calor’; formado por [en], ‘en’ y [thálpō], ‘calentar’) es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.