combustion

1. Agosto 2020
PRINCIPIOS DE LA COMBUSTION
INDUSTRIAL
Unidad IV
Sesión 12

2. PRINCIPIOS DE LA COMBUSTION
INDUSTRIAL

3. COMPETENCIA ESPECIFICA QUE APORTA LA
ASIGNATURA
Al finalizar la unidad el estudiante estará en capacidad de
caracterizar productos energéticos y gestionar el uso
racional de la energía en plantas de proceso industrial, con
responsabilidad y honestidad.

4. Sinopsis
La combustión es toda reacción química relativamente rápida de
carácter notablemente exotérmico, que se desarrolla en fase gaseosa
o heterogénea (líquido-gas, sólido-gas) con o sin manifestación de
llama o de radiaciones visibles.
Desde el punto de vista de la teoría clásica, la combustión se refiere
a las reacciones de oxidación que se producen de forma rápida, de
materiales llamados combustibles, formados fundamentalmente por
carbono (C) e hidrógeno (H) y en algunos casos por azufre (S), en
presencia de oxígeno, denominado el comburente, y con gran
desprendimiento de calor.
Desde un punto de vista funcional, la combustión es el conjunto de
procesos químico-físicos, por los cuales se libera controladamente
parte de la energía interna del combustible (energía química) que se
manifiesta al exterior bajo la forma de calor, para ser aprovechado
dentro de un horno o una caldera.

5. Cuestionario
1. ¿Qué es la combustión industrial?
2. ¿Cuál es el resultado de la combustión?
3. ¿Qué son las 7 “tes” de la combustión?

6. Todo el
universo es
materia y
energía

7. Cada segundo, 567 millones de
toneladas de hidrógeno se
convierten en 563 toneladas de
helio, liberando una gran
cantidad de energía
FUSION
NUCLEAR

8. La 2 mil
millonésima parte
de la fusión nuclear
del sol llega a la
tierra y constituye
el origen y sustento
de todo

9. FOTOSÍNTESIS
Las plantas absorben CO2 por las
hojas y H2O por la raíz.
La energía solar almacenada en
la clorofila rompe la molécula
del agua.
CO2 + H2O > carbohidratos
Carbohidratos = alimentos = vida

10. Microorganismos
marinos
Sedimentación
Grandes
presiones y
temperaturas
Reacciones
aeróbicas y
anaeróbicas
HIDROCARBUROS
GAS
NATURAL
PETRÓLEO
VEGETACIÓN
Formación
de los
continentes
Grandes
presiones y
temperaturas
Deshumidificación y
Desvolatilización
CARBÓN MINERAL
ANTRACITA LIGNITOSHULLAS

11. COMPONENTE C/H Estado
Metano 3 Gas
Etano 4 Gas
Propano 4.5 Gas / líquido
Butano 4.8 Líquido / Gas
Pentano (Gasolinas) 5 Líquido
Diesel 5.8 Líquido
Petróleo Residual 8 Semisólido
Carbón >10 Semisólido
RELACION CARBONO/HIDRÓGENO

12. COMBUSTIBLES
IGNICIÓN
COMBUSTIÓN
INORGÁNICA
LIBERACIÓN DE
GRANDES CANTIDADES DE
ENERGÍA (kilocalorías)
APROVECHAMIENTO
INDUSTRIAL
ALIMENTOS
CATÁLISIS
ENZIMÁTICA (sin
ignición)
COMBUSTIÓN
ORGÁNICA
LIBERACIÓN DE
CANTIDADES MODERADAS
DE ENERGÍA (calorías)
ENERGÍA VITAL DE
LOS ORGANISMOS
VIVOS

13. 1. Todos los combustibles industriales son combinaciones
carbono / hidrógeno.
2. Todos los combustibles se disocian en carbono / hidrógeno
antes de reaccionar.
3. Siendo la combustión del hidrógeno instantánea, la partícula de
carbón constituye el verdadero núcleo de la combustión
industrial.
4. La naturaleza y el tamaño de las partículas de carbón y la
disponibilidad de oxígeno en el medio definen las condiciones y
posibilidades de desarrollo de la combustión.
5. El manejo de la combustión constituye fundamentalmente un
problema de mecánica de fluidos.
TEORIA INORGANICA DE LA COMBUSTION

14. Tabla Periódica de los Elementos

15. Principales Estados
de la Materia

16. CARBONO C + O2CO2 + 97600Kcal por Kmol
CARBONO C + ½ O2CO + 29400Kcal
MONOXIDO DE CARBONO CO + ½ O2CO2 + 68200Kcal
HIDROGENO H + ½ O2H2O + 58200Kcal (vapor)
+ 69100Kcal (liquido)
AZUFRE S+ O2SO2 +138600Kcal
METANO CH4 + 2O2CO2 + H2O + 192500 Kcal
(vapor) + 214300 Kcal (líquido)
ETANO C2H6+7/2 O2 2CO2 + 3H20 + 342000
Kcal (vapor) + 373600 Kcal (líquido)
PROPANO C3 H8 + 5O23C02 + 4H20 + 485100 Kcal
(vapor) + 528700 Kcal (líquido)
BUTANO C4H10 + 13/2 O2 4CO2 + 5H2O +
625700 Kcal (vapor)+ 680200 Kcal
(líquido)
PRINCIPALES REACCIONES DE COMBUSTIÓN

17. Cálculos Estequiométricos
22.4 x (C/12) = 1.87 x C m3 de O2
11.2 x (H2/2) = 5.6 x H2 m3 de O2
Para la combustión de 1 kg de combustible
O2m = 1.87 C + 5.6 H2 m3 de oxígeno
Am = 100/21 O2m = 4.76 O2m
Am = 8.90 C + 26.67 H2 (m3 de aire)
Ejemplo : Petróleo Residual 88% de C
12% de H
Am = 8.90 (0.88) + 26.67 (0.12)= 11.03 m3 de aire

18. PODER CALORIFICO INFERIOR
EN FUNCION DE LA RELACION (C/H)
9500
10000
10500
11000
11500
12000
12500
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
RELACION (C/H)
P.C.I.(kcal/kg)

19. Combustión del metano

22. ESQUEMA BÁSICO DE LA COMBUSTIÓN INDUSTRIAL

23. TIPOS DE
COMBUSTIÓN
1. En función de sus productos
2. Por la forma en que se realiza
• Combustión completa (con exceso de aire)
• Combustión perfecta (estequiométrica)
• Combustión incompleta (con defecto de aire)
• Combustión imperfecta (combustión industrial)
• Combustión heterogénea (combustión industrial)
• Combustión homogénea

24. COMBUSTIÓN COMPLETA ESTEQUIOMÉTRICA

25. COMBUSTIÓN COMPLETA CON EXCESO DE AIRE

26. COMBUSTIÓN INCOMPLETA CON DEFECTO DE AIRE

27. COMBUSTIÓN IMPERFECTA CON EXCESO DE AIRE

28. REACCIÓN HOMOGÉNEA
GAS - GAS
2H2 + O2 → 2H2O
CO + ½ O2 → CO2

29. REACCIÓN HETEROGÉNEA

30. COMBUSTIÓN HETEROGÉNEA

31. Molienda
de Carbón
Ventilador
Combustión
de Volátiles
Coque
(30 - 40
Atomización
Coque
(30 - 40Almacenamiento
de Combustóleo
Bomba Calentador
Hollín
(<1
Disociación
del Metano
Hollín
(<1Regulación de
Gas Natural

32. COMBUSTIÓN HETEROGÉNEA
Etapa 1 :
C + ½ O2 ---- CO + 31500 kcal/mol (reacción heterogénea)
Etapa 2 :
CO + ½ O2 ---- CO2 + 62500 kcal/mol (reacción homogénea)
C + O2  CO2 + 93500 kcal/mol

33. Factores dependientes de la partícula que
influencian la combustión :
• Tamaño
• Porosidad
• Contenido de Volátiles
• Reactividad

34. REACTOR  CÁMARA DE COMBUSTIÓN
• Volúmen útil (m3)
• Potencia térmica (Mcal/m3)
• Difusión térmica

35. La Llama
La llama es la combustión misma.
Se inicia con la ignición y concluye al
completarse la reacción.
Ignición
Combustión
(llama)
Gases de
Combustión

36. Fases del Proceso de Combustión
• Inyección de combustible y comburente
• Calentamiento
• Mezcla
• Ignición
• Combustión
• Desplazamiento de productos de combustión

37. 1
2 4 5 6
3
Zonas de la combustión o partes de la llama
1. Inyección
2. Calentamiento
3. Mezcla
4. Ignición
5. Combustión
6. Desplazamiento

39. COMBUSTIBLE COMBURENTE TEMP. INDICE TEORICA REAL
ºC EXCESO AIRE n ºC ºC
Acetileno Aire 15 1,00 2630 2320
Monóxido de
Carbono
Aire 15 1,00 2470 2100
Hidrógeno O2 15 ---- 2974 ----
Hidrógeno Aire 15 1,00 2210 2045
Gas Natural Aire 15 1,00 1961 1735
Gas Natural Aire 15 1,00 1961 1880
Metano Aire 15 1,00 1915 1880
Etano Aire 15 1,00 a a
Propano Aire 15 1,00 1980 1925
Butano Aire 15 1,00
Fuel oil pesado Aire 15 1,00 2015
Fuel oil pesado Aire 15 1,30 1690
Fuel oil pesado Aire 300 1,00 2120
Fuel oil pesado Aire 300 1,30 1845
Comparación de
Temperaturas de llamas

40. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DEL AIRE DE COMBUSTIÓN
Y EXCESO DE AIRE EN LA TEMPERATURA DE LLAMA

41. COLOR ºF ºC
Rojo suave 875 475
Rojo suave a rojo oscuro 875 -1200 475 - 650
Rojo oscuro a rojo cereza 1200 - 1375 650 - 750
Rojo cereza a rojo cereza 1375 - 1500 750 - 825
brillante
Rojo cereza brillante a naranja 1500 - 1650 825 - 900
Naranja a amarillo 1650 - 2000 900 - 1090
Amarillo a amarillo brillante 2000 - 2400 1090 - 1320
Amarillo brillante a blanco 2400 - 2800 1320 - 1540
Blanco a blanco deslumbrante más de 2800 más de 1540
TEMPERATURAS QUE CORRESPONDE A LOS COLORES DE LLAMA

42. Chorro en espacio libre

43. Chorro quemador unicanal

44. PERFIL DEL FLUJO POR EFECTO DE LA RADIALIDAD APLICADA

45. a b c d
Perfil de velocidades
de un chorro giratorio

46. EMISIVIDAD DE LLAMA
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
2 4 6 8 10 12 14 16
RELACION (C/H)
EMISIVIDAD
GAS NATURAL
PETROLEO
CARBON

47. Frente de llama

49. 2. Tamaño aumenta se alarga
partícula disminuye se acorta
3. Trayectoria axial se alarga
partícula rotacional se acorta
4. Turbulencia aumenta se acorta
disminuye
5. Temperatura aumenta se acorta
disminuye se alarga
6. Tiro aumenta se alarga
disminuye se acorta
7. Transferencia aumenta se acorta
de Calor disminuye se alarga
1. LONGITUD DE LLAMA
Efecto sobre la velocidad de Reacción
y Longitud de Llama

50. TIEMPO DE REACCIÓN DE PARTICULAS

51. El aire de
combustión
• En Volumen :
Oxígeno : 21%
Nitrógeno : 79%
• En Masa :
Oxígeno : 23%
Nitrógeno : 77%

52. Altura vs. presión atmosférica

53. Corrección del volumen del aire
con la altura

54. Variación del poder calorífico del aire

55. MEJORA EN LA EFICIENCIA POR CALENTAMIENTO DEL AIRE

56. 56
Cuestionario
1. ¿Qué es la combustión industrial?
2. ¿Cuál es el resultado de la combustión?
3. ¿Qué son las 7 “tes” de la combustión?