INTRODUCCION A LOS COMBUSTIBLES

INTRODUCCION A LOS COMBUSTIBLES

1. 3.1 Composición química de los combustibles automotrices.

   • 3.1.1 Deflagración.
     • La deflagración es una combustión súbita con llama a baja velocidad de propagación sin explosión. Se suele asociar, erróneamente con las explosiones, usándose a menudo como sinónimo.
       • Para que se produzca una deflagración se necesita:
         • 1. Una mezcla de producto inflamable con el aire, en su punto de inflamación.
         • 2. Una aportación de energía de un foco de ignición.
         • 3. Una reacción espontánea de sus partículas volátiles al estímulo calórico que actúa como catalizador o iniciador primario de reacción.
   • 3.1.2 Detonación.
     • Es una combustión supersónica que implica la existencia de una onda expansiva y una zona de reacción detrás de ella, esta es muy diferente a la deflagración, que es una combustión subsónica, la detonación es un drástico proceso de transformación de la energía que contiene un material, casi siempre de naturaleza química, que se intercambia a elevadas velocidades con el medio adyacente
       • Un ejemplo claro de esto es lo que pasa dentro de un motor, y que también se conoce con el nombre de picado: se trata de la combustión violenta y rápida que se da cuando se mezcla el aire y el combustible en la cámara, una vez que se enciende el motor por medio de arco eléctrico o chispa en la cantidad presente de bujías
   • El análisis de un combustible requiere del conocimiento de sus propiedades físicas y químicas y las propiedades físicas de un carburante determinan su capacidad para formar una mezcla gaseosa aire-combustible e influyen en su almacenamiento, transporte y criterios de venta, en cambio, las características químicas afectan principalmente a la cantidad de energía liberada durante la combustión

2. 3.2 Clasificación del tipo de flamas.

   • 3.2.1 Límites de flamabilidad.
     • En una mezcla de gases, como las que componen los gases de incendio, existen una serie de moléculas diferentes entre sí sometidas a la acción del calor, este calor como forma primaria de energía transfiere movimiento a estas moléculas,
       • Límite Inferior De Inflamabilidad: El número mínimo de moléculas de combustible que se precisa para que esta ignición se produzca, constituye la concentración de gas de incendio mínima necesaria para que este se inflame en una reacción de combustión con el oxígeno, y al valor de esta concentración con respecto al volumen total de gases en un recinto se le denomina como el Límite Inferior de Inflamabilidad (L.I.I.).
       • Limite Superior De Inflamabilidad: Es aquella en la que la llama, curiosamente no produciría ningún tipo de efecto, esto ocurrirá cuando la concentración de gas supere el valor del 10% del volumen total, y será como consecuencia de que la cantidad de oxígeno presente en el recinto no sea suficiente para reaccionar con la cantidad de gas existente, a esta concentración de gas sobre la cual no es posible que exista combustión
       • ¿Que factores influyen?
         • Son dos los factores que influyen en el rango de inflamabilidad: la Temperatura y la Concentración de oxígeno, Este efecto de la Temperatura es especialmente importante, ya que la temperatura afecta tanto al combustible como al comburente, de tal forma que el aumento de esta actúa sobre dos factores, el de aporte de energía calorífica al combustible, mediante la cual este se aproxima a los valores correspondientes a la temperatura de inflamación del material y en consecuencia cantidades insignificantes de este pueden resultar inflamables, y la disminución del efecto refrigerante del aire excedente en el recinto, esta acción afecta de manera distinta a los dos límites.
   • 3.2.2 Teoría global de la tasa de reacción (TGTR).
     • En cinética química, se suele proponer que la reacción global ocurre a través de una serie discreta de pasos elementales, esta teoría se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo.
       • En ella hay muchos factores que pueden afectar sus reacciones químicas las cuales son:
         • • Naturaleza de la reacción: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza, más rápidas que otras. El número de especies reaccionantes, en las partículas que forman sólidos se mueven más lentamente que las de gases o de las que están en solución, la complejidad de la reacción, y otros factores pueden influir enormemente en la velocidad de una reacción.
         • • Concentración: La velocidad de reacción aumenta con la concentración, como está descrito por la ley de velocidad y explicada por la teoría de colisiones. Al incrementarse la concentración de los reactantes, la frecuencia de colisión también se incrementa.
         • • Catalizador: La presencia de un catalizador incrementa la velocidad de reacción (tanto de las reacciones directa e inversa) al proveer de una trayectoria alternativa con una menor energía de activación.
         • • Temperatura: Generalmente, al llevar a cabo una reacción a una temperatura más alta provee más energía al sistema, por lo que se incrementa la velocidad de reacción al ocasionar que haya más colisiones entre partículas, como lo explica la teoría de colisiones.
   • 3.2.3 Mezcla pobre.
     • Se dice de los motores de ciclo Otto que funcionan con mezcla pobre cuando el factor lambda es mayor de 1, es decir que la proporción de aire/combustible en peso es mayor que la estequiométrica de 14,7 a 1. Un valor moderado de factor lambda como por ejemplo 1,05 permite unas óptimas condiciones de economía de combustible, sin embargo son incompatibles con el uso del catalizador
       • • Ventajas: Una gran ventaja es que hay un menor consumo específico, menor emisión de los contaminantes HC (hidrocarburos) y CO (Monóxido de Carbono), hasta un valor compatible con el buen funcionamiento
       • • Desventajas: Según el valor mayor o menor del factor lambda dentro de los márgenes de funcionamiento (hasta 1,2), menor par motor y por tanto potencia, a su vez ocasiona una mayor emisión de Óxidos de Nitrógeno, y hace posible la aparición de la Detonación (motor alternativo) y tiene algunas tendencias al calentamiento por combustión lenta.
   • 3.2.4 Mezcla rica.
     • Es aquella que cuenta con una relación de aire-combustible más baja, por lo que no hay suficiente aire (oxígeno) para sustentar la combustión completa, a su vez las mezclas ricas aumentan el consumo de combustible, las emisiones de hidrocarburos (HC) y de monóxido de carbono (CO) - los productos de una gasolina parcialmente quemada.
       • • Ventajas: Es muy eficiente para Máximo par motor y por tanto potencia
       • • Desventajas: Según el valor mayor o menor del factor lambda dentro de los márgenes de funcionamiento esta ocasiona mayor consumo de combustible, y mayor emisión de contaminantes.
   • La llama es provocada por la emisión de energía de los átomos de algunas partículas que se encuentran en los gases de la combustión, al ser excitados por el intenso calor generado en este tipo de reacciones. Dependiendo de cómo y dónde se realice la mezcla de Aire-Gas las llamas se clasifican en:
     • Llamas de difusión
       • Cuando el combustible y comburente van mezclados previamente a la combustión, como en el caso de un mechero de bunsen. En estas llamas la combustión es más completa y permiten alcanzar mayores temperaturas, presentando otras características como la tonalidad azul.
     • Llamas de premezcla
       • Las llamas de difusión son las que se generan de forma natural cuando se encuentran el combustible y el aire sin mezcla previa en un mismo lugar, la difusión sería en el momento que un gas inflamable se encuentra de forma natural con el oxígeno del aire y la zona donde ocurre este fenómeno se denomina zona de reacción, no es muy extensa y es donde se produce la combustión.

3. 3.3 Factores que influyen en las características de la llama.

   • La llama puede clasificarse como premezcladas y no-premezcladas o de difusión, esto en ambas clases están relacionadas con el estado de integración de los reactivos, lo cual para conocer las características de esta es indispensable conocer las características tanto del combustible, como del comburente involucrado en la combustión.
     • • Combustible: Sustancia química con carácter reductor (gana electrones), capaz de reaccionar con un comburente de forma rápida y exotérmica. El carbón, la madera, la gasolina y el gas natural son ejemplos de combustibles comunes.
     • • Comburente u oxidante: Sustancia que favorece la combustión de otras mediante la aportación de electrones durante una reacción química. Generalmente el oxidante es la fracción de oxígeno que contiene el aire del medio ambiente. Un ejemplo es el aire atmosférico ya que es el comburente más usado en los procesos de combustión.
     • • Dosado estequiométrico: Es la relación entre la cantidad de aire y la cantidad de combustible necesario para producir una combustión completa, es decir, sin que falten ni sobren reactivos. Este parámetro nos indica la cantidad de unidades de aire necesarias para reaccionar de modo ideal con una unidad de combustible.
     • • Reactivos: Sustancias que reaccionan químicamente, cuando se tiene contacto con la llama en ocasiones la llama genera nuevas características y propiedades que la hacen cambiar de manera drástica.
   • 3.3.1 Relación combustible / aire.
     • En la mezcla de aire y combustible, según la proporción, puede ser estequiométrica, pobre o rica. Se dice que es estequiométrica cuando el aire contiene el oxígeno necesario para reaccionar con el carbono del carburante. Si hay exceso de aire, es una mezcla pobre, si por el contrario, hay defecto de aire, entonces la mezcla es rica.
       • Algo que debe tomarse en cuenta es que en una relación aire/combustible más baja que la estequiométrica (inferior a 14,7 para la gasolina) no todo el combustible podrá quemarse y una parte quedará sin quemar o parcialmente quemada, con formación de CO y HC, así mismo hay que recordar que la combustión nunca es completa, independientemente de la relación aire/combustible, puesto que la reacción nunca se desarrolla en condiciones ideales.

4. 3.3.3 Presión de entrada y salida

   • La presión de entrada hace referencia a la presión existente en la unión entra la tubería de suministro y el grupo de presión, a su vez la presión de entrada deriva de la presión del agua de suministro o de la presión existente si el grupo de presión se alimenta a través de un tanque de ruptura. La presión de entrada puede ser positive o negativa; sin embargo, la presión de entrada negativa suele darse en casos en los que el grupo de presión debe alimentarse de depósitos situados por debajo del nivel del grupo de presión.
     • Tanto si la presión de entrada es negativa como si es positiva, este hecho influirá en la colocación de la válvula anti-retorno a su vez puede que la presión de entrada sea negativa, si así es, la válvula anti-retorno debe colocarse antes de la bomba, para que la bomba no quede vacía de agua en periodos de espera, y en caso de que la presión de entrada sea positiva, la válvula puede colocarse después de las bombas, asegurando que la presión máxima del grupo no se transmita a la red de suministro

5. 3.3.2 Temperatura inicial del aire

   • Desde el punto de vista químico, las propiedades específicas del aire son las propiedades de los gases que lo constituyen. Sin embargo, los únicos gases que influyen en la combustión son el oxígeno y el nitrógeno; los demás componentes podemos considerarlos inertes.
     • La presión y la altitud están, en cualquier caso, estrechamente ligadas, y esto ocasiona que una partícula cualquiera de aire, inmóvil, situada en un punto determinado de la troposfera, se encuentra definida por estos tres parámetros: presión, cantidad de agua que contiene y temperatura, pero una partícula de aire pocas veces se encuentra inmóvil y en cuanto se desplaza sus características se modifican.

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