Читать книгу Eficiencia energética en las instalaciones de calefacción y acs en los edificios. ENAC0108 - Francisco José Entrena González - Страница 19

La combustión se diferencia de otros procesos químicos por la presencia de una llama que produce la oxidación rápida del combustible en forma de deflagraciones, detonaciones y explosiones, pudiendo mantener o no dicha llama estable durante todo el proceso.

Combustión en una caldera

Definición

Oxidación

Reacción química donde un elemento cede electrones a otro. Cuando un elemento químico acepta electrones se produce la reducción, reacción química opuesta a la oxidación. Dichas operaciones son intrínsecas, es decir, cuando una sustancia se oxida, automáticamente se produce la reducción de otra.

La reacción de combustión se realiza a temperaturas muy elevadas en presencia de oxígeno, necesario para la combustión y que debe ser aportado como parte del proceso de combustión.

Actividades

1. Coloque una vela o cerilla sobre una superficie no combustible (un plato de cerámica o vidrio, o sobre una superficie metálica horizontal), encienda la llama y tápelo con un vaso de cristal. Observe qué es lo que ocurre pasados unos minutos. ¿A qué se debe? Describa el fenómeno.

Para que se produzca el fenómeno de la combustión deben darse de manera simultánea tres fenómenos:

1 La existencia de material combustible.

2 La existencia de material comburente.

3 Energía de activación.

Estos tres fenómenos se relacionan entre sí constituyendo el denominado triángulo de combustión, en el que es necesaria la existencia de sus tres vértices para que se lleve a cabo la combustión.

El comburente es el medio en el cual se produce la combustión; el oxígeno es un buen comburente debido a que se trata de una molécula poco reactiva al presentar un doble enlace químico y un carácter fuertemente electronegativo.

En los procesos de combustión normalmente se emplea el aire como comburente, ya que su composición se encuentra formada por un 20% de oxígeno (O₂) y un 80% de nitrógeno (N₂), salvo en aquellas ocasiones donde, por cuestiones técnicas, sea más interesante el empleo de una atmósfera controlada, como por ejemplo en ciertos procesos de soldadura.

La energía de activación (Ea) es la energía mínima inicial que necesita ser aportada a un sistema para desencadenar una reacción química. Esta inyección de energía vence las fuerzas que repelen los electrones entre dos moléculas muy próximas.

Una vez iniciada la combustión ya no es necesaria la aportación de la energía de activación, de manera que si se mantiene de manera continua y estable la inyección de los reactivos se obtiene un proceso que libera energía en forma de calor y radiación lumínica.

La mayoría de los combustibles, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos, se componen básicamente de carbono (C) e hidrógeno (H), como por ejemplo el gas butano (C₄H₁₀) o la gasolina (C₈H₁₈), además de otros elementos como el azufre (S).

Actividades

2. Localice en su entorno cotidiano tres procesos de combustión e identifique el combustible, el comburente y la energía de activación.

Poder calorífico

La cantidad de calor que se obtiene de la oxidación completa (combustión), a presión atmosférica, del volumen de los componentes de un combustible se define como poder calorífico (Cp), es decir, el poder calorífico es la cantidad de energía que puede desprender la reacción química entre un combustible y un comburente.

El poder calorífico de un elemento se expresa en kWh/kg, aunque para combustibles líquidos y gaseosos puede emplearse kWh/l y kWh/m³, respectivamente.

En la reacción de combustión, el oxígeno se combina con el hidrógeno formando agua; además, los combustibles pueden presentar humedad en su composición. En función de la cantidad de agua en el humo, se distinguen dos clases de poderes caloríficos:

1 Poder calorífico inferior: se refiere a la cantidad de calor liberado en la oxidación completa del combustible, que puede ser aprovechado y que obtiene como producto vapor de agua. Parte de la energía se pierde durante el proceso evaporando el agua.

2 Poder calorífico superior: es la cantidad de calor que se genera en una reacción de oxidación teniendo como uno de sus productos agua líquida. El poder calorífico superior permite medir la cantidad de calor total producida.

Ejemplo

Se presenta la reacción de combustión:

En esta reacción se combina una molécula de metano (CH₄) con otra de oxígeno (O₂) para dar como resultado una molécula de dióxido de carbono (CO₂) y dos moléculas de agua (H₂O), además de calor. Como puede observarse en la combustión, se genera una cantidad de agua importante, por lo que su evaporación resta eficiencia al proceso de generación de calor.

Cuando se emplea madera para generar calor en una chimenea es muy importante que esta contenga una cantidad muy pequeña de humedad para que la combustión sea más eficiente, y también la cantidad de calor resultante sea mayor.