1 Introducción 2 Definición 3 Clasificación de los fenómenos

Generalidades de Combustión. 11 de
Febrero de 2008
Escuela de Procesos y Energía
Caracterización de Combustibles y Combustión 3004945
Semestre 01, 2008
Objetivo: Obtener una breve introducción al fenómeno de
combustión, su terminología y definiciones.
1 Introducción
Cuando se escucha el término combustión, la imagen que
normalmente recurre a nuestras cabezas es la de un fuego,
probablemente el de una fogata, lo ideal en compañía de
buenos amigos. En esta clase se busca avanzar un poco esta
imagen y comenzar a entender la combustión desde un punto
de vista más científico.
2 Definición
El diccionario de la Real Academia de la Lengua defina
combustión como reacción química entre el oxígeno y un
material oxidable, acompañada de desprendimiento de
energía y que habitualmente se manifiesta por
incandescencia o llama.
En esta definición es importante entender la importancia
de la reacción química. Sin una reacción química no es
posible entender combustión. Al mismo tiempo pone énfasis
en el uso final de la combustión. La importancia de la
combustión es que permite convertir la energía de los enlaces
químicos en energía que podamos utilizar, como calor o luz.
Figura 1. Ejemplo de quemador Bunsen operando en
condiciones pobres de combustible
3 Clasificación de los fenómenos principales de
combustión
Existen diferentes formas de clasificar la combustión. A
continuación se ilustran algunas de ellas.
3.1
Llamas de premezcla vs. llamas de no
premezcla
Esta es quizás la clasificación fundamental de la
combustión. La combustión ocurre entre un combustible y
un oxidante. Estos dos reactivos tienen que mezclarse a
nivel molecular para que la reacción suceda. Por lo tanto el
fenómeno de mezcla entre el oxidante y el combustible es
fundamental en las propiedades de la combustión. En un
sistema de premezcla, los reactivos están completamente
mezclados antes que la reacción comience. En un sistema de
no premezcla los reactivos están inicialmente separados y es
solo a través del proceso de difusión molecular y convección
global que los reactivos se llevan a punto donde reaccionan
para que suceda la combustión.
En una llama Bunsen como la que se muestra en la Figura
1 es posible observar una llama de premezcla. El aire entra
por la parte inferior y se mezcla con el combustible antes de
llegar a la llama por lo tanto se trata de una llama de
premezcla. Si las ventanas en la parte superior se cierran, la
llama se convierte en una llama de no premezcla pues es
necesario que el aire ambiente alcance el combustible para
formar la llama. En este caso la llama se convierte de color
amarillo (ver Figura 2). La razón para este color amarillo la
explicaremos dentro de varias clases.
Figura 2. Ejemplo de llama obtenida en quemador bunsen
con las ventanas cerradas (1), semiabiertas (2), parcialmente
abiertas (3) y completamente abiertas (4). La llama a la
izquierda es una llama de no premezcla. El cono inferior en
la llama (4) es una llama de premezcla
Son pocos los ejemplos de llamas de premezcla en la
naturaleza pues de ser este el caso, éstas habrían rápidamente
reaccionado. Casi todas las llamas de premezcla conocidas
involucran al hombre. Por el contrario, las llamas de no
premezcla son muy abundantes.
Alejandro Molina Ochoa, http://www.docentes.unal.edu.co/amolinao/
Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín
Generalidades de Combustión. 11 de
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Semestre 01, 2008
3.2
Combustión laminar vs. turbulenta
En las llamas laminares existen líneas de flujo rectas. En
las llamas turbulentas, las líneas de flujo no son rectas. La
turbulencia facilita en algunos casos la combustión. Las
propiedades de las llamas dependen en gran medida del
grado de turbulencia de las misas. En esta clase se dedicarán
capítulos tanto a las llamas laminares como a las turbulentas.
3.3
Combustión subsónica vs. supersónica
Para combustión a velocidades de flujo inferiores a la del
sonido se tiene combustión subsónica. Estas son las llamas
que más comúnmente se encuentran en la vida diaria. La
combustión a velocidades supersónicas se asocia con ondas
de choque y sucede durante explosiones y vuelos
supersónicos. Esta clase estudiará en su mayor parte la
combustión subsónica.
3.4
El evitar incendios, explosiones y la optimización de
materiales que no sufran ignición fácilmente son otras
razones para el estudio de la combustión.
5 Disciplinas científicas
involucra la combustión
en
las
cuales
se
A pesar de ser un fenómeno que se aprecia a diario, la
combustión es un proceso complejo que involucra diferentes
disciplinas como la termodinámica, la cinética química, la
dinámica de fluidos y los fenómenos de transporte. Este
curso se propone presentar la combustión de tal forma que
aún estudiantes con pocos conocimientos de estas disciplinas
puedan entender el fenómeno de combustión, al menos a
nivel introductorio.
Combustión heterogénea vs. combustión
homogénea
Se considera combustión homogénea si los dos reactivos
están en la misma fase, como por ejemplo en el mechero
Bunsen. Por el contrario, en la combustión heterogénea los
reactivos están en fases distintas, como por ejemplo en la
combustión de carbón o de combustible líquido.
Se debe tener cuidado, sin embargo, cuando se estudia la
combustión de gotas. En este caso la gota se evapora y la
combustión sucede entre la gota evaporada y el aire que la
rodea, por lo tanto la combustión en términos químicos es en
fase homogénea.
Sin embargo, en el mundo de la
combustión, dado que el combustible se encuentra
originalmente en fase líquida y distinta a la gaseosa, esta
combustión se denomina heterogénea. Para evitar esta
confusión se aconseja llamar a la reacción de vapor
procedente de una gota como una reacción en fase gaseosa.
Por el contrario la reacción entre aire y una partícula de
semicoque se denomina reacción heterogénea.
4 Aplicaciones de la combustión y razones para
su estudio
La aplicación más común de la combustión es en la
generación de calor y potencia mediante la conversión de
energía química en calor y luz. Los ejemplos abundan,
desde la estufa en la que calentó el café en la mañana hasta el
bus que lo trajo hoy a clase. El objetivo principal del estudio
de la combustión en este caso es la optimización de la
eficiencia de la combustión. Mayor eficiencia garantiza
menor uso de combustible.
Es importante también estudiar la combustión dada la gran
cantidad de contaminantes nocivos para la salud que se
producen durante ésta. Una combustión óptima podría
evitar, o al menos reducir, la producción de contaminantes
como el monóxido de carbono y el óxido de nitrógeno.
Alejandro Molina Ochoa, http://www.docentes.unal.edu.co/amolinao/
Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín