1. ASIGNATURA: GENERACIÓN Cual si falta alguno de los vértices la
DE POTENCIA. Combustión no puede llevarse a cabo.
PROFESOR: ING. GREGORIO El comburente universal es el oxígeno, por lo
BERMUDEZ. Que en la práctica se utiliza el aire como
GUIA N°1 COMBUSTIÓN Y Comburente, ya que está compuesto,
COMBUTIBLE Prácticamente, por 21% Oxígeno (O2) y
79% Nitrógeno (N2); únicamente en casos
- DEFINICION DE COMBUSTIÓN. especiales se utilizan atmósferas
enriquecidas en oxígeno e
La combustión es un conjunto de reacciones Incluso oxígeno puro (por ejemplo en
de oxidación con desprendimiento de calor, soldadura). La energía de activación es el
que se Producen entre dos elementos: elemento
el COMBUSTIBLE, que puede ser un sólido Desencadenante de la reacción de
(Carbón, Madera, etc.), combustión; en los quemadores
un líquido ( Gasóleo, Fuel-Oil, etc.) o un gas habitualmente suele obtenerse
(Natural, Propano, etc.) y el COMBURENTE, Mediante una chispa eléctrica entre dos
Oxígeno. electrodos, en las calderas individuales de
La combustión se distingue de otros procesos gas se obtiene por
de oxidación lenta, por ser un proceso de
Llama piloto, tren de chispas, etc.
oxidación
Rápida y con presencia de llama; a su vez La mayoría de los combustibles, al margen de
también se diferencia de otros procesos de que sean sólidos, líquidos o gaseosos, están.
oxidación muy
Rápida (detonaciones, deflagraciones y El proceso básico de combustión es una
explosiones) por obtenerse el forma especial de oxidación en que el
mantenimiento de una llama oxígeno del aire se combina con elementos
Estable. combustibles, que generalmente son
Para que la combustión tenga lugar han de carbono, hidrógeno y en menor medida
coexistir tres factores:
azufre. Importante para los estudiosos de
-- COMBUSTIBLE.
- COMBURENTE. combustión son la termodinámica química y
- ENERGIA DE ACTIVACION. la cinética de la llama y velocidad de las
reacciones. Se necesita una mezcla adecuada
de combustible y aire, así como una
temperatura de ignición para que el proceso
de combustión continúe. El combustible
debe prepararse de forma que se haga
posible dicho proceso a través de la mezcla
de combustible y aire. El término
inflamabilidad se utiliza para describir la
capacidad de quemarse, o realmente su
Figura n° 1. Triangulo de la Combustión habilidad para convertirse en gas de forma
que la combustión pueda tener.
Estos tres factores se representan en el
Denominado triángulo de combustión, en él

2. Las reacciones químicas deben satisfacer completa del carbono, puede concluirse que
tres condiciones para que tengan lugar en el se requiere 2 2/3Lb. (1.21Kg.) de oxígeno
proceso de combustión: para generar 1lb. (0.454Kg.) de carbono. La
cantidad de aire necesario para quemar 1Lb.
(0.454Kg.) de carbono sería pues:
1. Es necesaria una adecuada
proporción entre combustible y Cantidad .de.oxígeno 2.67
A    11,52 Lb
oxígeno (o aire) con los elementos R %.de.oxígeno.en.aire. por. peso 0.2315
combustibles.
2. La mezcla de combustible y oxígeno
La combustión incompleta da como
(o aire) debe llevarse a cabo de
modo que una mezcla uniforme esté resultado humos y un menor rendimiento de
presente en la zona de combustión y la operación. Para obtener una combustión
completa, el volumen del hogar deberá ser
así cada partícula de combustible
tenga aire alrededor para ayudar en adecuado para permitir la combustión
la combustión. Los combustibles completa de las partículas de combustible
antes de que pasen a las superficies
sólidos normalmente se convertirán
calefactores y sean enfriadas por debajo de
primero en gas por el calor y la
presencia de aire. Los combustibles su temperatura de ignición.
líquidos se vaporizan a gas y después Para poder mezclarse íntimamente el
arden. La atomización de los líquidos oxígeno con los gases y partículas del
incrementa su mezcla con aire y la combustible que se está generando, la acción
vaporización a gas. La pulverización de la llama debe producir una turbulencia. La
del carbón tendrá el mismo efecto. flexibilidad del control de llama puede verse
3. La temperatura de ignición se afectada por el control de suministro de aire
establecerá y será monitorizada de primario. Aire primario es el que conduce el
forma que el combustible continúe combustible a los generadores o se mezcla
su ignición sin calor externo cuando con el combustible en los generadores o a
la combustión arranque. través del lecho de combustible.
Los elementos fundamentales que El aire secundario se suministra para
producen calor en los combustibles son el generar el combustible de forma que el
carbono, el hidrógeno y sus compuestos. oxígeno pueda unirse en combustión en los
Siempre son el carbono, el hidrógeno o el puntos más ventajosos.
azufre lo que producen las reacciones
Si no se suministra suficiente aire u oxígeno,
químicas caloríficas al combinarse con el
la mezcla es rica en combustible; así que la
oxígeno. Como el oxígeno del aire se conoce
llama se reduce, con una llama resultante
que es el 23.15% en peso y el 21% en
que tiende a ser larga y con humo. La
volumen (en caso de ecuaciones de
combustión tampoco es completa, y los
combustión) puede calcularse la cantidad de
gases (producto de la combustión) tendrán
aire requerido. Por ejemplo en la combustión
combustible no quemado, como partículas

3. de carbono o monóxido de carbono en vez - Productos de la combustión y su
de dióxido de carbono. Se desarrollará composición
menos calor por el proceso de combustión. Si Para predecir estas cantidades es preciso
referirse a un proceso ideal que dependa de
se suministra demasiado oxígeno o aire, la
unos pocos
mezcla y la combustión son pobres, dando parámetros, básicamente la naturaleza del
lugar a una llama más corta y más limpia o combustible. Para definir este proceso ideal
clara. El exceso de aire se lleva algo del calor se consideran los
desprendido en el hogar y lo traslada al tipos de combustión que pueden darse:
exterior por la chimenea. La combustión
debería efectuarse siempre con exceso de - COMBUSTION COMPLETA
Conduce a la oxidación total de todos los
aire para asegurar que todo el combustible
elementos que constituyen el combustible.
se genera correctamente y así obtener el En el caso
mejor rendimiento del desprendimiento de de hidrocarburos:
calor. Esto también deduce la formación de Carbono CO2
humo y depósito de hollín. Hidrogeno H2O
Azufre SO2
Cuando los gases de combustión salen Nitrógeno N2
por la chimenea como humo negro, es Oxigeno Participará como oxidante
indicio de insuficiente aire. Demasiado aire, El Nitrógeno se considera como masa inerte,
si bien a las altas temperaturas de los humos
formalmente produce un denso humo
pueden
blanco. Un humo transparente, ligeramente formarse óxidos de nitrógeno en pequeñas
gris, saliendo de una chimenea, es signo de proporciones (del orden de 0,01%).
una relación razonablemente buena .- COMBUSTION INCOMPLETA
aire/combustible. Por supuesto, un análisis Los componentes del combustible no se
más exacto se hace con un analizador de oxidan totalmente por lo que aparecen los
gases, como el aparato de Orsat. A partir de denominados
inquemados, los mas importantes son CO y
este análisis, puede determinarse el
H2; otros posibles inquemados son carbono,
porcentaje bien de exceso o de insuficiencia restos de
de aire. combustible, etc.
- COMBUSTION
ESTEQUIMETRIA DE LAS ESTEQUIOMETRICA
COMBUSTIONES Es la Combustión Completa realizada con la
Las consideraciones siguientes se refieren al cantidad estricta de oxígeno; es decir, el aire
uso de aire como comburente, ya que es el empleado en la combustión es el mínimo
utilizado en necesario para contener la cantidad de
la práctica totalidad de las instalaciones de oxígeno
calderas. correspondiente a la oxidación completa de
La estequiometría de la combustión se ocupa todos los componentes del combustible.
de las relaciones másicas y volumétricas La expresión de esta combustión es:
entre CxHy + n Aire (O2 + N2) x CO2 + (y/2) H2O +
reactivos y productos. Los aspectos a 0,79 nN2 + Calor (Q)
determinar son principalmente: En este caso 0,21· n = x + (y/4), siendo el
- Aire necesario para la combustión calor generado es el correspondiente a la
combustión completa.

4. n > 1 : Exceso de aire, se dice que la mezcla
es pobre
La combustión estequiométrica permite Así la combustión puede ser clasificada en:
definir los parámetros característicos de los
combustibles. COMBUSTION CON DEFECTO DE
AIRE
La cantidad de aire utilizada no contiene el
oxígeno necesario para oxidar
PODER COMBURIVORO completamente a
Es la cantidad de aire seco, medida en los componentes del combustible.
condiciones normales (Tª =0°C y P=1atm), CxHy + n2 (O2 + N2) CO2 + CO + H2 + H2O +
mínima 0,79 n2 N2 + Calor (Q1)
necesaria para la combustión completa y Además de los productos normales de la
estequiométrica de la unidad de combustión, Dióxido de carbono (CO2) y
combustible. Agua
Unidades habituales: Nm3/kgCombustible, (H2O), se producen inquemados como el
Nm3/Nm3Combustible. Monóxido de Carbono (CO) e Hidrógeno
Es un parámetro característico únicamente (H2); en
de la composición del combustible y puede algunos casos con mucho defecto de aire
tabularse puede haber incluso carbono y combustible
con facilidad. sin
- PODER FUMIGENO quemar, en los humos.
Es la cantidad de productos de la combustión El calor producido es inferior al de la
(Nm3) que se producen en la combustión combustión completa (Q1 Q).
estequiométrica de la unidad de
combustible. COMBUSTION CON EXCESO DE
En función de considerar o no el vapor de AIRE
agua existente en los productos de la En este caso la cantidad de aire aportada es
combustión, se superior a la correspondiente a la
tienen Poderes Fumígenos Húmedo y Seco, combustión
respectivamente. estequiométrica; la combustión en estas
condiciones puede ser completa o
COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE incompleta.
La mayor parte de las combustiones no - COMPLETA
transcurren en estas condiciones ideales Su expresión es:
(completa y CxHy + n1 (O2 + N2) x CO2 + (y/2) H2O + 0,21
estequiométrica), el principal aspecto a (n1 - n) O2 + 0,79 n1 N2 + Calor (Q)
considerar será la posibilidad de que la 0,21 n1 x + y/4
combustión Al emplearse más aire que el estrictamente
transcurra con exceso o defecto de aire, para necesario, en los humos se da la presencia de
caracterizar la proporción de oxigeno se oxígeno.
define el El calor generado (Q) es el correspondiente a
parámetro “coeficiente de exceso de aire”: la combustión completa.
n = volumen aire por unidad de combustible
/ Poder Comburívoro INCOMPLETA
n = 1 : Combustión Estequiométrica La cantidad de aire utilizada es superior a la
n < 1 : Defecto de aire, se dice que la mezcla correspondiente a la combustión
es rica

5. estequiométrica, pero a pesar de ello, debido  RELACION AIRE/COMBUSTIBLE Y EL
fundamentalmente a que no se ha logrado
FACTOR DE EXCESOS DE AIRE.
una buena mezcla entre el combustible y el
aire, los componentes del combustible no se Se define como aire teórico o aire mínimo a
oxidan totalmente. la cantidad exacta de aire necesaria para
CxHy + n1 (O2 + N2) CO2 + CO + H2 + H2O + que, durante la combustión, se convierta
O2 + 0,79 n1 N2 + Calor (Q2)
todo el carbono en anhídrido carbónico y
Respecto a la combustión incompleta con
defecto de aire, en los productos de la todo el hidrógeno en agua. La relación entre
combustión también se tiene oxígeno; en el peso de aire y el de combustible de esa
casos extremos en los humos puede haber mezcla recibe el nombre de relación
carbono y combustible sin quemar. aire/combustible.
El calor producido es inferior al de la
combustión completa (Q2 Q).  COMBUSTIBLES:
La combustión estequiométrica
- ASPECTOS GENERALES:
prácticamente es irrealizable, lo que obliga a
operar con excesos Las calderas de vapor pueden consumir
de aire con el fin de lograr combustiones básicamente tres tipos de combustibles:
completas.
El calor producido en la combustión - Combustibles fósiles (carbón, gas
completa es independiente del exceso de natural, petróleo o sus derivados).
aire, pero el - Subproductos de procesos
aprovechamiento de este calor es tanto
industriales (madera, bagazo, gas de
menor cuanto mayor es el exceso de aire con
el que se trabaja, alto horno, escape de motores o
ya que una parte del calor de la combustión turbinas, desechos o basuras).
se utiliza en calentar a los humos y éstos - Isotopos radioactivos (reactores
aumentan con el nucleares).
exceso de aire; por todo ello, en la práctica En los dos primeros tipos de
se buscan combustiones completas con los
combustibles las principales propiedades son
menores
excesos de aire posibles; esto se consigue la composición química o análisis último y el
con una adecuada puesta a punto de los poder calorífico superior.
elementos que
intervienen en la combustión (líneas de La combustión o análisis ultimo se
combustible, quemadores, calderas y expresa en termino de las fracciones de
chimeneas) y un correcto masa de cada uno de sus componentes
mantenimiento. elementales. Se define la siguiente
Para obtener una correcta combustión debe nomenclatura:
lograrse una buena mezcla del combustible
con el aire; C = fracción de carbono (lb/lb de
en este sentido los combustibles gaseosos combustible).
presentan mayor facilidad de mezcla que los
líquidos y éstos H = fracción de hidrogeno (lb/lb de
a su vez más que los sólidos; por este motivo combustible).
pueden obtenerse menores excesos de aire
con los o = fracción de oxigeno (lb/lb de
combustibles gaseosos. combustible).

6. n = fracción de nitrogeno (lb/lb de Ma = masa de agua que aparece en
combustible). los humos por cada lb de combustible
generado.
s = fracción de azufre (lb/lb de
combustible). Hfg = entalpia de condensación del
agua a presión atmosférica.
cen = fracción de ceniza (lb/lb de
combustible). El poder calorífico superior se determina
experimentalmente en ensayos de
En algunos casos se especifica por combustión completa a volumen constante
separado el contenido de humedad del (bomba calorimétrica) o a presión constante
combustible (la humedad superficial de los
(calorimétrico de flujo). Los resultados de
carbones). El oxigeno indicado en el análisis estos ensayos son muy similares para un
ultimo (o) normalmente esta combinación mismo tipo de combustible.
con otros elementos formando combustibles
(co) o incombustibles ( Co2,H2o ). CARBON: Características importantes.
El poder calorífico de un combustible ( Además de las propiedades de
Pcs) representa la cantidad neta de energía o composición y poder calorífico superior, en
calor que genera una unidad de masa cuando los carbones es conveniente conocer las
reacciona en combustión completa con siguientes características:
oxigeno (aire) y los productos de combustión
- Tipo.
vuelven a enfriarse hasta las condiciones de
temperatura y presión de aire y combustible - Análisis próximo o apropiado.
suministrados . El poder calorífico superior se - Fragilidad.
expresa en bto/lb de combustible. - Temperatura de fusión de las
cenizas.
En las calderas, el combustible no tiene TIPO:
posibilidades de generar toda la energía que
En orden creciente de edad de
implica el Pcs ya que los productos de
formación, los carbones se clasifican en los
combustión se expulsan a temperatura
superiores a la temperatura ambiente por lo tipos “liguita”, “bituminoso”, y antracita.
Dentro de estos tipos hay rangos
cual arrastran consigo cierta cantidad de
intermedios. Mientras mayor sea la edad del
energía sensible (temperatura) y cierta
cantidad de energía latente (energía de carbón mayor su dureza y poder calorífico y
condensación del vapor de agua); esto menor su contenido de humedad. Esto
constituye las principales perdidas de la significa por ejemplo, que un carbón del tipo
caldera. antracita tiene mayores costos de extracción
y pulverización, pero, genera mayor
Pci = Pcs – mahfg (patm) cantidad de energía tiene menores costos
de sacado, presenta
En donde:
menos perdidas de energía sensible y
latente (agua presente en los humos) y

7. menores durante el transporte durante el estabilidad de tamaño influye de manera
transporte (estabilidad de tamaño). importante sobre la forma como debe
quemarse cada tipo de carbón (tipo de
parrilla, pulverización, etc.)
ANALISIS PROXIMO: TEMPERATURA DE FUSION DE LAS
En los carbones se determina un análisis CENIZAS:
físico de composición en términos siguientes: Los residuos de combustión del carbón
% humedad: (ensayo de calentamiento pueden formar escorias de comportamiento
a 150°F durante 24 hr). plásticos cuando la temperatura del hogar
es superior a la temperatura del hogar es
Determina el peso de l agua inherente y superar a la temperatura de fusión de las
superficial contenida en le carbón. cenizas. Estas escorias plásticas se adhieren a
Representa perdidas de energía por los refractarios, pueden reaccionar con ellos
evaporación y sobrecalentamiento y peso deteriorándolos y dificulta su remoción de la
muerto durante el transporte. caldera.
% cenizas: (ensayo de combustión En ausencia de datos calorimétricos
completa de 12 a 24 hr). sobre el poder calorífico de un carbón, este
se puede calcular en forma
Determina el peso de las sustancias
aproximadamente en base al análisis último
solidas o residuos incombustibles del carbón.
de combustible mediante la ecuación de
Significa perdidas por calentamiento y
Dulong, esto es:
retención de sustancias combustibles
además de peso muerto de transporte. Pcs = (Btu/lb) = 14544.C + 62028. (h -
O/8) + 4050. S
% volátiles: (ensayos de calentamiento
1700°F) durante 7 min). Determina el En donde C, h, O y S son las fracciones
contenido de gases combustibles e del análisis ultimo. Se observa que el termino
incombustibles del carbón. Influye en el O/8 se deduce del contenido de hidrogeno
diseño de la forma y tamaño del hogar y de pues se considera que el oxigeno del
los mecanismos de combustión). combustible esta combinado con hidrogeno
en forma de agua y por lo tanto la parte
% carbón fijo: (determinación por
correspondiente de hidrogeno ya no
diferencia o resto). Determina el peso
participa en reacciones de combustión.
efectivo de combustible solido contenido por
el carbón.
FRAGILIDAD: ACEITES COMBUSTIBLES: Características
Es de interés conocer esta propiedad de importante.
los carbones ya que determina de una parte
de las posibilidades de pérdidas de material A parte de la composición y el poder
durante el transporte y de otra parte, la calorífico de los aceites combustibles es

8. conveniente conocer las siguientes Ge 60/60
propiedades:
Definida asi la gravedad °API, es posible
- Tipo. calcular aproximadamente el poder
- Gravedad especifica °API. calorífico de los aceites mediante la
- Temperatura criticas. siguiente ecuación empirica no se dispone de
- Sedimentos. mediciones directas:
TIPO:
Pcs (Btu/lb) = 18250 +40 (°API-10)
Los combustibles líquidos mas utilizados
son el petróleo crudo y sus derivados de TEMPERATURAS CRÍTICAS:
destilación o craqueo. Estos últimos se Desde el punto de vista de
clasifican según patrones de gravedad comportamiento de un aceite como
especifica gravedad °API, poder calorífico y combustible, es importante conocer tres
viscosidad, mediante los cuales se designan temperaturas críticas: la temperatura de
con números del 1 al 6. fluencia, la temperatura de incandescencia y
El numero 1 corresponde al aceite mas la temperatura de encendido.
liviano (mayor Pcs) y el numero 6 a los - La temperatura de fluencia: es la
residuos mas densos y viscosos (menor Pcs). misma temperatura a la cual un aceite
GRAVEDAD ESPECÍFICA Y GRAVEDAD desciende por gravedad en un plano
inclinado patrón; es una medida de ser
°API:
viscosidad y facilidad de bombeo. Conviene
La gravedad especifica de los aceites, lo que esta temperatura sea lo mas baja
mismo que la de cualquier liquido, es de posible.
cociente de la densidad del aceite y de la - La temperatura de incandescencia:
densidad del agua en las mismas condiciones (temperatura de saturación) es la
de temperatura, para tener un nivel de temperatura en la cual se empiezan a
referencia común se utiliza la gravedad formar vapores en la superficie del liquido.
especifica determinada sobre la base del Denota la volatilidad del aceite y la máxima
agua a 60°F y aceite a 60°F (15,5) y esta temperatura de manipulación o bombeo.
gravedad especifica se denomina 60/60 (GE Conviene que sea relativamente alta para los
60°F/60°F esto es: aceites pesados.
- La temperatura de encendido: es la
Ge 60/60 = Paceite (60°F) / Pagua temperatura mínima a la cual se forma
(60°F) suficiente cantidad de vapores en la
La gravedad °API, es una propiedad superficie del líquido de manera que puede
definida de manera tal que sus valores mantener una llama estable. Denota
guarden una relación de proporcionalidad volatilidad y facilidad de encendido. Denota
directa con el poder calorífico delante en volatilidad y facilidad de encendido.
cuestión. Por definición o convención, Conviene que sea relativamente baja pero
por supuesto superior a la temperatura de
°API = 141,5 - 131,5 incandescencia

9. SEDIMENTOS: en términos de volumen (Btu/pie3N)
normalizado a ciertas condiciones de presión
El contenido de sedimentos y agua de un
(1 atm) y de temperatura (60°F).
aceite es factor importante en la
determinación de la necesidad de filtrado y Gravedad especifica:
en consecuencia de la potencia de bombeo.
La gravedad específica de los gases se
Los sedimentos y el agua pueden mide con referencia a la densidad del aire a 1
ocasionar problemas de obstrucción, atm (760 mmhg) y 60°F. Esto es Ge = Pgas (1
corrosión y abrasión de las bombas y atm, 60°F) / Paire (1 atm, 60°F).
especialmente en los finos conductos de
Esta propiedad es importante para
atomización de los quemadores. Asi mismo
dan lugar a interrupciones de la llama calibrar los instrumentos de medición de
(peligro de explosión) y formación de cenizas caudal consumido del gas.
y hollines. A continuación se mencionan los
COMBUSTIBLES GASEOSOS: principales tipos de combustibles gaseosos
características importantes. utilizados en calderas, junto con su origen y
algunas propiedades.
Los combustibles gaseosos son los que
representan mejores condiciones de - Gas natural: este gas proviene de los
utilización (transporte, suministro, depósitos subterráneos de formación
análoga a la del petróleo y muchas veces en
combustión completa y limpia). Los
principales de estos combustibles son: los mismos yacimientos de petróleo. Su
composición consta principalmente de
- Composición. metano (CH4), etano (C2H6), nitrógeno (N2) y
- Poder calorífico superior. pequeñas cantidades de otros elementos.
- Gravedad especifica. - Gases licuados de petróleo (GLP):
Composición: son gases artificiales producidos en los
procesos de destilación del petróleo.
Se hace referencia especial a la
Normalmente son mezclas de propano,
composición de los combustibles gaseosos ya butano, isopropano e isobutano. Su costo es
que por ser mezclas de gases, conviene
elevado comparado con el del gas natural.
expresar su composición en términos de la
- Gas de coque.
proporción de cada uno de sus - Gas de alto horno.
constituyentes individuales (Co, Co2, N2, - Gas de agua.
etc.)Y estas proporciones normalmente se - Gas de carbón.
indican en porcentajes volumétricos. - Gas de desechos.
Poder calorífico superior:
El Pcs de los gases se determina
usualmente en calorímetros de flujo, con
referencia al caudal volumétrico que circula
por el calorímetro. Por esta razón, se expresa