d) Combustión incompleta. d) Combustión incompleta.

Es aquella combustión en la que no se oxidan Es aquella combustión en la que no se oxidan completamente todos los elementos combustibles.completamente todos los elementos combustibles.

En los productos de combustión aparece típicamente CO En los productos de combustión aparece típicamente CO (monóxido de carbono) y carbono no quemado (hollín). (monóxido de carbono) y carbono no quemado (hollín).

Generalmente las combustiones reales son incompletas, Generalmente las combustiones reales son incompletas, manteniéndose los valores de CO lo más bajos posibles.manteniéndose los valores de CO lo más bajos posibles.

En los productos de combustión pueden aparecer cierta En los productos de combustión pueden aparecer cierta cantidad de hidrocarburos, originales o degradados, que si cantidad de hidrocarburos, originales o degradados, que si son mensurables se considera esa combustión como son mensurables se considera esa combustión como incompleta incompleta

CnHm+ aire = CO2 +H2O + N2+O2+(CxHy+CO+H2)CnHm+ aire = CO2 +H2O + N2+O2+(CxHy+CO+H2)

con n ˃ x ; m ˃ ycon n ˃ x ; m ˃ y

La combustión incompleta siempre tendrá los caracteres La combustión incompleta siempre tendrá los caracteres de una combustión imperfectade una combustión imperfecta

La imperfecta tendrá como causa, la insuficiencia de aire, La imperfecta tendrá como causa, la insuficiencia de aire, mientras que la incompleta, la reacción no puede mientras que la incompleta, la reacción no puede completarse por algunas circunstancias (falta de tiempo, completarse por algunas circunstancias (falta de tiempo, temperaturas bajas, llama inadecuada, volumen reducido temperaturas bajas, llama inadecuada, volumen reducido de la cámara de combustión, defectuosa mezcla del aire de la cámara de combustión, defectuosa mezcla del aire con el combustible, variación de la carga térmica muy alta con el combustible, variación de la carga térmica muy alta o muy baja, excesiva superficie de radiación en la cámara, o muy baja, excesiva superficie de radiación en la cámara, etc)etc)

Estequiometría de la combustiónEstequiometría de la combustión

Desde el punto de vista estequiométrico, un combustible Desde el punto de vista estequiométrico, un combustible puede ser definido:puede ser definido:

a) Por su fórmula molecular sumaria AxByCz…., conde x,y, a) Por su fórmula molecular sumaria AxByCz…., conde x,y, z…. representan el número de átomos de los elementos A, z…. representan el número de átomos de los elementos A, B, C…. en la moléculaB, C…. en la molécula

b) Por su composición elemental AaBbCz….., siendo las b) Por su composición elemental AaBbCz….., siendo las letras minúsculas fracciones ponderales de los elementos letras minúsculas fracciones ponderales de los elementos A, B, C,…. en el combustible, por definición queda:A, B, C,…. en el combustible, por definición queda:

a + b + c + ….. = 1a + b + c + ….. = 1

Estequiometría de la combustiónEstequiometría de la combustión

Supongamos el siguiente análisis último de un Supongamos el siguiente análisis último de un combustible.combustible.

A% C, B% H2, C% O2, D% N2, E% SA% C, B% H2, C% O2, D% N2, E% S

(porcentajes en peso)(porcentajes en peso)

Expresado en decimales:Expresado en decimales:

Con a C, b H2, c O2, d N2, e SCon a C, b H2, c O2, d N2, e S

a + b + c + d + e = 1 kg de combustible a + b + c + d + e = 1 kg de combustible

Utilizaremos aire como comburente, expresándolo en Utilizaremos aire como comburente, expresándolo en función de los moles de O2 que contiene:función de los moles de O2 que contiene:

O2+ 3,76 N2O2+ 3,76 N2

Por cada kilo de combustible utilizaremos entoncesPor cada kilo de combustible utilizaremos entonces

α (O2+ 3,76 N2)α (O2+ 3,76 N2)

siendo “α” los kmoles de oxígeno del aire por kilo de siendo “α” los kmoles de oxígeno del aire por kilo de combustible.combustible.

Escribiremos las reacciones correspondientes a las Escribiremos las reacciones correspondientes a las distintas combustiones posibles de un kilo de combustible.distintas combustiones posibles de un kilo de combustible.

Recordamos los modelos que podemos analizar:Recordamos los modelos que podemos analizar:

Combustión idealCombustión ideal

Combustión completaCombustión completa

Combustión incompletaCombustión incompleta

a)Combustión ideala)Combustión ideal

Siendo:Siendo:

ααq= kmoles de oxígeno en aire por kg de fuelq= kmoles de oxígeno en aire por kg de fuel

β= β= kmoles de CO2 por kg de fuelkmoles de CO2 por kg de fuel

γ= γ= kmoles de H2O por kg de fuelkmoles de H2O por kg de fuel

µ= µ= kmoles de N2 por kg de fuelkmoles de N2 por kg de fuel

δ= δ= kmoles de SO2 por kg de fuelkmoles de SO2 por kg de fuel

b) Combustión completab) Combustión completa

Siendo:Siendo:

α= α= kmoles de oxígeno en aire por kg de fuel, (kmoles de oxígeno en aire por kg de fuel, (α ˃α ˃ ααq)q)

β= β= kmoles de CO2 por kg de fuelkmoles de CO2 por kg de fuel

γ= γ= kmoles de H2O por kg de fuelkmoles de H2O por kg de fuel

µ= µ= kmoles de N2por kg de fuelkmoles de N2por kg de fuel

δ= δ= kmoles de SO2por kg de fuelkmoles de SO2por kg de fuel

Ѵ= kmoles de O2 en humos por kg de fuelѴ= kmoles de O2 en humos por kg de fuel

c) Combustión incompletac) Combustión incompleta

α= α= kmoles de oxígeno en aire por kg de fuelkmoles de oxígeno en aire por kg de fuel

β= β= kmoles de CO2 por kg de fuelkmoles de CO2 por kg de fuel

γ= γ= kmoles de H2O por kg de fuelkmoles de H2O por kg de fuel

µ= µ= kmoles de N2 por kg de fuelkmoles de N2 por kg de fuel

δ= δ= kmoles de SO2 por kg de fuelkmoles de SO2 por kg de fuel

Ѵ= kmoles de O2 en humos por kg de fuelѴ= kmoles de O2 en humos por kg de fuel

ε= ε= kmoles de CO por kg de fuelkmoles de CO por kg de fuel

Resolver la estequiometría de la combustión consiste en Resolver la estequiometría de la combustión consiste en encontrar los valores de las distintas “incógnitas” que encontrar los valores de las distintas “incógnitas” que aparecen en la ecuación correspondiente:aparecen en la ecuación correspondiente:

α, β, γ, µ, α, β, γ, µ, ѴѴ , ε, δ , ε, δ

Una vez resuelta la ecuación tendremos entonces la Una vez resuelta la ecuación tendremos entonces la cantidad de cada uno de los productos de la combustión cantidad de cada uno de los productos de la combustión (composición de los humos).(composición de los humos).

Para ello contamos con las siguientes relaciones:Para ello contamos con las siguientes relaciones:

-Balances de cada uno de los componentes:-Balances de cada uno de los componentes:

carbonos, hidrógenos, oxígenos, nitrógenos, azufres, etc.carbonos, hidrógenos, oxígenos, nitrógenos, azufres, etc.

-Datos de la composición de los productos de la -Datos de la composición de los productos de la combustión (humos):combustión (humos):

% de CO2, % de H2O, % de N2, % de O2, % de CO,% de CO2, % de H2O, % de N2, % de O2, % de CO,% de SO2, etc% de SO2, etc

Los datos de la composición de humos los podemos Los datos de la composición de humos los podemos obtener mediante un análisis de humos utilizando un obtener mediante un análisis de humos utilizando un instrumento adecuado (analizador de Orsat, medidores instrumento adecuado (analizador de Orsat, medidores portátiles digitales) en caso que la combustión se esté portátiles digitales) en caso que la combustión se esté efectuando.efectuando.

Otra puede ser suponerlos a priori (por un requisito Otra puede ser suponerlos a priori (por un requisito normativo por ejemplo) y en ese caso calcular cómo debo normativo por ejemplo) y en ese caso calcular cómo debo regular la combustión para obtenerlos. regular la combustión para obtenerlos.

La composición de humos se puede dar de tres maneras:La composición de humos se puede dar de tres maneras:

a)Base seca. a)Base seca.

No se considera el agua en los humos No se considera el agua en los humos

b) Base húmeda.b) Base húmeda.

Considerando toda el agua contenida en los humos Considerando toda el agua contenida en los humos

c) Base semi-húmeda.c) Base semi-húmeda.

Considerando el agua formada en la combustión, es decir Considerando el agua formada en la combustión, es decir excluimos el agua que traía el combustible y la humedad excluimos el agua que traía el combustible y la humedad contenida en el aire.contenida en el aire.

Estos valores de composición de humos no son Estos valores de composición de humos no son independientes, están relacionados entre sí por la independientes, están relacionados entre sí por la “Ecuación de Ostwald-Bunte”:“Ecuación de Ostwald-Bunte”:

(CO2), (CO) y (O2) son las concentraciones obtenidas en los humos de la combustión considerada.

(CO2)max, (CO)max y (O2)max son los valores máximos de cada componente que puedo obtener quemando el combustible considerado.

La representación gráfica de la ecuación de Ostwald-Bunte La representación gráfica de la ecuación de Ostwald-Bunte es un plano en el primer cuadrante de un sistema es un plano en el primer cuadrante de un sistema ortogonal de ejes (CO2), (CO) y (O2) ortogonal de ejes (CO2), (CO) y (O2)