El documento trata sobre el tema de la combustión. Explica que la combustión es una reacción química mediante la cual se transforma la energía química contenida en los combustibles en energía térmica. Describe los elementos necesarios para la combustión (combustible, comburente, energía de activación), los tipos de combustión (completa, incompleta), y conceptos como la relación aire/combustible y el coeficiente de exceso de aire.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE TECNOLOGÍA
COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA
ASIGNATURA GENERACION DE POTENCIA
TEMA N°1
COMBUSTIÓN
PROFESOR: GREGORIO BERMUDEZ

2. Temperatura de Ignición
Energía
Aire
(real)
Aire
(estequeométrico)
2
Combustible
Combustible
+
Comburente
Energía
Llama
Aire
(Estequeométrico)
Aire
(Real)
Relación
Combustible
Aire
Temperatura
de ignición
PROCESO QUIMICO DE LA COMBUSTIÓN

3. CONTINUACION DEL PROCESO QUIMICO DE LA COMBUSTION
Definición: Reacción química mediante la cual se transforma la energía química contenida
en los combustibles en energía térmica.
Calor, Luz
Combustibles
fósiles Combustión
Maquina
Térmica
Energía
Mecánica
Energía
Eléctrica
Transporte
Industria

4. ESQUEMA BÁSICO DE COMBUSTIÓN
+
COMBUSTIBLE + COMBURENTE GASES DE COMBUSTIÓN + CENIZAS E
• COMBUSTIBLE Fuente de H y C (sustancias con alto contenido en E. Química)
• COMBURENTE Fuente de O2 (aire, aire enriquecido, oxígeno, ...)
• GASES DE COMBUSTIÓN CO2, H2O, N2, SOX, NOX, ...
• CENIZAS Residuo sólido que contiene especies no combustibles
• ENERGÍA TÉRMICA diferencia de entalpía entre productos y reactivos:
entalpía de combustión
PROCESO QUIMICO DE LA COMBUSTIÓN
Balance de Materia
 Cantidad de Oxigeno (y Aire) Requerida.
 Cantidad y composición de los humos Tipo de Combustión
Ideal o estequeométrica
Completa
Incompleta
COMBUSTIBLE + COMBURENTE GASES DE COMBUSTIÓN + CENIZAS E

5. BALANCE DE MATERIA DE LOS COMBUSTIBLES ELEMENTALES Y COMBUSTION COMPLETA
-
Carbono: C + O2 C O2
1 kmol de C + 1 kmol de O2 1 kmol de CO2
12,01 kg de C + 31,98 kg de O2 43,99 kg de CO2
1 kg de C + 2,664 kg de O2 3,664 kg de CO2
Hidrógeno: H2 + ½ O2 H2 O
1 kmol de H2 + 1/2 kmol de O2 1 kmol de H2O
2,016 kg de H2 + 15,999 kg de O2 18,015 kg de H2O
1 kg de H2 + 7,936 kg de O2 8,936 kg de H2O
Azufre: S + O2 SO2
1 kmol de S + 1 kmol de O2 1 kmol de SO2
32,06 kg de S + 31,98 kg de O2 64,04 kg de SO2
1 kg de S + 0,998 kg de O2 1,998 kg de SO2
CO, hollín (partículas), Hidrogeno libre, HC sin quemar
Combustión incompleta: Inquemados aparecen cuando hay defecto de aire o existe mal contacto
comburente- combustible

6. Algunas aplicaciones del proceso de combustión
1. Hornos y calderas
2. Motores de combustión interna alterna
3. Turbinas de gas y motores a reacción
4. Motores cohete
5. Armas y explosivos
6. Procesos químicos
7. Incendios y seguridad

7. COMBUSTIÓN EN UNA CALDERA
La combustión se distingue de otros procesos de oxidación lenta, por ser un proceso de oxidación
rápida y con presencia de llama; a su vez también se diferencia de otros procesos de oxidación
muy rápida (detonaciones, deflagraciones y explosiones) por obtenerse el mantenimiento de una
llama estable.

8. COMBUSTIÓN EN UNA CALDERA
Para que la combustión tenga lugar han de coexistir tres
factores: Combustible, Comburente y Energía de activación.
El comburente universal es el oxígeno, por lo Que en la
práctica se utiliza el aire como Comburente, ya que está
compuesto,
Prácticamente, por 21% Oxígeno (O2) y
79% Nitrógeno (N2);

9. REACCIONES QUIMICAS EN EL PROCESO DE COMBUSTIÓN
Es necesaria una adecuada proporción entre combustible y
oxígeno (o aire) con los elementos combustibles.
La mezcla de combustible y oxígeno (o aire) debe llevarse a
cabo de modo que una mezcla uniforme esté presente en la
zona de combustión y así cada partícula de combustible tenga
aire alrededor para ayudar en la combustión. Los combustibles
sólidos normalmente se convertirán primero en gas por el calor
y la presencia de aire. Los combustibles líquidos se vaporizan a
gas y después arden. La atomización de los líquidos incrementa
su mezcla con aire y la vaporización a gas. La pulverización del
carbón tendrá el mismo efecto.
La temperatura de ignición se establecerá y será monitorizada
de forma que el combustible continúe su ignición sin calor
externo cuando la combustión arranque.

10. COMBUSTIÓN EN UNA CALDERA
Si no se suministra suficiente aire u oxígeno, la mezcla es rica
en combustible; así que la llama se reduce, con una llama
resultante que tiende a ser larga y con humo. La combustión
tampoco es completa, y los gases (producto de la combustión)
Tendrán combustión no quemado, como partículas de carbono
o monóxido de carbono en vez de dióxido de carbono. Se
desarrollará menos calor por el proceso de combustión. Si se
suministra demasiado oxígeno o aire, la mezcla y la combustión
son pobres, dando lugar a una llama más corta y más limpia o
clara. El exceso de aire se lleva algo del calor desprendido en el
hogar y lo traslada al exterior por la chimenea. La combustión
debería efectuarse siempre con exceso de aire para asegurar
que todo el combustible se genera correctamente y así obtener
el mejor rendimiento del desprendimiento de calor. Esto
también deduce la formación de humo y depósito de hollín.

11. CONTINUACION DE LA COMBUSTION EN UNA CALDERA
Cuando los gases de combustión salen por la chimenea
como humo negro, es indicio de insuficiente aire.
Demasiado aire, formalmente produce un denso humo
blanco. Un humo transparente, ligeramente gris,
saliendo de una chimenea, es signo de una relación
razonablemente buena aire/combustible. Por supuesto,
un análisis más exacto se hace con un analizador de
gases, como el aparato de Orsat. A partir de este
análisis,
puede determinarse el porcentaje bien de exceso o de
insuficiencia de aire.

12. ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTIÓN
Las consideraciones siguientes se refieren al uso de aire como comburente, ya que es
el utilizado en la práctica totalidad de las instalaciones de calderas. La
estequiometria de la combustión se ocupa de las relaciones másicas y volumétricas
entre reactivos y productos. Los aspectos a determinar son principalmente:
-Aire necesario para la combustión
- Productos de la combustión y su composición

13. TIPOS DE COMBUSTIÓN
COMBUSTION COMPLETA:
Conduce a la oxidación total de todos los elementos que constituyen el combustible. En el caso de hidrocarburos:
Carbono CO2,Hidrogeno H2O,Azufre SO2,Nitrógeno N2 y el Oxigeno Participará como oxidante. El Nitrógeno se
considera como masa inerte, si bien a las altas temperaturas de los humos pueden formarse óxidos de nitrógeno en
pequeñas proporciones (del orden de 0,01%).
 COMBUSTION INCOMPLETA
Los componentes del combustible no se oxidan totalmente por lo que aparecen los denominados inquemados, los mas
importantes son CO y H2; otros posibles inquemados son carbono, restos de combustible.
 COMBUSTION ESTEQUIOMETRICA
Es la Combustión Completa realizada con la cantidad estricta de oxígeno; es decir, el aire empleado en la combustión es
el mínimo necesario para contener la cantidad de oxígeno correspondiente a la oxidación completa de todos los
componentes del combustible.

14. PARÁMETRO DE LA COMBUSTIÓN
PODER COMBURÍVORO:
Es la cantidad de aire seco, medida en condiciones normales (Tª =0°C y P=1atm), mínima necesaria para la
combustión completa y estequiometria de la unidad de combustible.
Unidades habituales: Nm3/kg Combustible, Nm3/Nm3Combustible.
Es un parámetro característico únicamente de la composición del combustible y puede tabularse con facilidad.
PODER FUMIGENO:
Es la cantidad de productos de la combustión (Nm3) que se producen en la combustión
estequiometria de la unidad de combustible. En función de considerar o no el vapor de agua existente en los
productos de la combustión, se
tienen Poderes Fumígenos Húmedo y Seco, respectivamente.

15. CONTINUACIÓN DE PARAMETROS DE LA COMBUSTIÓN
 COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE.
La mayor parte de las combustiones no transcurren en estas condiciones ideales (completa y estequiométrica), el
principal aspecto a considerar será la posibilidad de que la combustión transcurra con exceso o defecto de aire,
para caracterizar la proporción de oxigeno ,se define el parámetro “coeficiente de exceso de aire”:
n = volumen aire por unidad de combustible / Poder Comburívoro
n = 1 : Combustión Estequiometria
n < 1 : Defecto de aire, se dice que la mezcla es rica.
n > 1 : Exceso de aire, se dice que la mezcla es pobre

16. CONTINUACIÓN DE COMBUSTIÓN
la combustión puede ser clasificada en:
 COMBUSTION CON DEFECTO DE AIRE:
La cantidad de aire utilizada no contiene el oxígeno necesario para oxidar completamente alos
componentes del combustible.
CxHy + n2 (O2 + N2) CO2 + CO + H2 + H2O + 0,79 n2 N2 + Calor (Q1)
Además de los productos normales de la combustión, Dióxido de carbono (CO2) y Agua
(H2O), se producen inquemados como el Monóxido de Carbono (CO) e Hidrógeno (H2); en
algunos casos con mucho defecto de aire puede haber incluso carbono y combustible sinquemar,
en los humos.
El calor producido es inferior al de la combustión completa (Q1 Q).

17. COMBUSTION CON EXCESO DE AIRE:
En este caso la cantidad de aire aportada es superior a la correspondiente a la combustión estequiometria; la
combustión en estas condiciones puede ser :
COMPLETA
Su expresión es: CxHy + n1 (O2 + N2) x CO2 + (y/2) H2O + 0,21 (n1 - n) O2 + 0,79 n1 N2 + Calor (Q)0,21 n1 x +
y/4.
Al emplearse más aire que el estrictamente necesario, en los humos se da la presencia de oxígeno. El calor
generado (Q) es el correspondiente a la combustión completa.
 INCOMPLETA
La cantidad de aire utilizada es superior a la correspondiente a la combustión estequiometria, pero a pesar de
ello, debido fundamentalmente a que no se ha logrado una buena mezcla entre el combustible y el aire, los
componentes del combustible no se oxidan totalmente. CxHy + n1 (O2 + N2) CO2 + CO + H2 + H2O + O2 + 0,79
n1 N2 + Calor (Q2) Respecto a la combustión incompleta con defecto de aire, en los productos de la combustión
también se tiene oxígeno; en casos extremos en los humos puede haber carbono y combustible sin quemar.

18.  RELACION AIRE/COMBUSTIBLE Y EL FACTOR DE EXCESOS DE AIRE.
Se define como aire teórico o aire mínimo a la cantidad exacta de aire necesaria para que, durante la combustión,
se convierta todo el carbono en anhídrido carbónico y todo el hidrógeno en agua. La relación entre el peso de aire
y el de combustible de esa mezcla recibe el nombre de relación aire/combustible.