Combustibles

Universidad de la República Tecnología y Servicios Industriales 1Instituto de Química

Combustibles

Definición. Clasificación. Propiedades.


Definición:

Llamamos combustible a toda sustancia natural o artificial, en estado sólido, líquido o gaseoso que, combinada con el oxígeno produzca una reacción con desprendimiento de calor.

Para que una sustancia sea considerada como combustible a nivel industrial deberíamos exigirle algunos requisitos más, por ejemplo:


- disponibilidad en grandes cantidades

- bajo costo de operación (obtención, transporte y almacenaje)

- aplicabilidad (poder quemarla con la tecnología actual)

- poder calorífico razonable


Poder calorífico de un combustible:

Es la energía liberada en la combustión completa de una unidad de combustible una vez que los productos se llevan a las mismas condiciones de presión y temperatura que los reactivos.

Poder calorífico inferior (Qi): el agua producto de la combustión se considera en estado de vapor.

Poder calorífico superior (Qs): el agua producto de la combustión se considera en estado líquido.


Dependiendo de si el proceso se da a presión o a volumen constante tendremos dos poderes caloríficos distintos: Qp y Qv

En general los procesos de combustión que se presentan en las calderas son a presión constante, o prácticamente constante.

En ese caso la relación entre el Qps y el Qpi es:

Qps = Qpi + 9.H.hfg (para aquellos combustibles que no tienen agua en su composición)

H = cantidad de hidrógenos en el combustiblehfg = entalpía de cambio de estado del agua a 1 ata


La clasificación mas conocida de los combustibles es la que se basa en su estado físico:

a)Sólidos- naturales: madera (chips, astillas, rolos),

carbón mineral, esquistos bituminosos.- elaborados: coke, carbón vegetal,

subproductos (aserrín y recortes, pellets, cáscara de arroz)b) Líquidos

- naturales: petróleo- elaborados: gasolinas, fuel-oil, alcohol,

biodieselc) Gaseosos

- naturales: gas natural- elaborados: GLP, biogas, gas de gasógeno


Las propiedades relevantes de los combustibles son las siguientes:

- Densidad:- absoluta. Relación entra masa y volumen- relativa. Relación entre la densidad de un combustible y la del agua o la del aire.

- Punto de fluidez: temperatura más baja a la cual el combustible líquido fluye en las cañerías en condiciones normales.- Viscosidad cinemática: medida de la resistencia del fluido al escurrimiento. Se determinan en viscosímetros, midiendo el tiempo que demora el combustible en escurrir a través de un orificio calibrado.


-Viscosidad dinámica: es el cociente entre la viscosidad cinemática y la densidad.- Flash Point: temperatura mas baja del combustible a la que se forman vapores inflamables.- Límites de inflamabilidad: porcentaje de gas presente en la mezcla gas-aire. Hay dos:

- límite inferior- límite superiorPara que la combustión se produzca la mezcla se debe encontrar entre estos dos valores.

Límite inferior Límite superior

Metano 5% 15%

Propano 2% 10%

Butano 1.8% 8.4%

Acetileno 2.5% 80%


- Número de Woobe: relación entre el poder calorífico de un gas y la raíz cuadrada de su densidad relativa al aire

El número de Woobe nos permite clasificar los gases en tres familias, siendo intercambiables los gases de una misma familia sin necesidad de intervenir en el sistema de quemado. - Contenido de humedad: muy importante en los combustibles sólidos.

http://www.spiraxsarco.com/es/resources/steam-tables/sub-satured-water.asp


Hay dos tipos de análisis que caracterizan a un combustible:a)Análisis próximo. En este ensayo se determina:

- contenido de humedad- contenido de volátiles- contenido de carbono fijo- contenido de cenizas

a)Análisis último. Indica la cantidad de cada componente elemental del combustible (carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre, etc).

Para combustibles sólidos y líquidos esta composición se da en porcentaje en peso, mientras que para combustibles gaseosos se de en porcentaje en volúmen.


El porcentaje en volumen es igual al porcentaje en moles del gas.

Podemos pasar una expresión del análisis último en volumen a una en peso:

Ejemplo: gas formado por 80% de C3H8 y 20% de C4H10 (Porcentajes en Volumen)


Peso Molecular de la mezcla:


En caso que el combustible tenga humedad el análisis último se puede dar:- en base húmeda (incluyendo la humedad del combustible).- en base seca (sin incluir la humedad del combustible).

Ejemplo:Análisis último en base húmeda (porcentajes en peso):C= 80% H= 5% O= 2% N= 2% S= 1% H2O= 10% ∑ = 100%


Análisis último en base seca (porcentajes en peso):

∑ = 100%

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