INTRODUCCIÓN A LOS COMBUSTIBLES

INTRODUCCIÓN A LOS COMBUSTIBLES

1. 3.1 Composición química de los combustibles automotrices.

   • Los combustibles fósiles consisten en depósitos de organismos fósiles que en alguna ocasión estuvieron vivos. La materia orgánica se forma durante los siglos. Estos combustibles se conforman por la unión de carbonos e hidrógenos. Existen 3 combustibles que se utilizan para la provisión energética.
     • Carbón, petróleo y gas natural.
   • Combustible fósil: Está compuesto básicamente por carbono (C) e hidrógeno (H2). Cuando estas sustancias se queman en aire, se consume oxígeno (O2). A ese proceso se le llama oxidación. Los elementos de la combustión del aire y del combustible forman nuevos enlaces.
   • El gas natural es una mezcla de compuestos de hidrógeno y carbono y pequeñas cantidades de compuestos no hidrocarburos en fase gaseosa o en solución con el petróleo crudo cuando hay en los yacimientos.
   • Petróleo: es la fuente más grande de energía actualmente; además es materia prima en numerosos procesos de la industria química.Su origen es similiar al del carbón. Se hallan en as rocas sedimentarias solo que el petróleo se encuentra en la descomposición de la materia orgánica (restos de animales o grandes masas de plactón en el mar).
   • Destilación fraccionada. Es un proceso de destilación de mezclas muy complejas y con componentes de similar volatilidad. Una parte del del destilado vuelve del condensador y gotea por una larga columna a una serie de placas y que al mismo tiempo el vapor hace burbujear el líquido de las placas.
     • Se extrae el petróleo de las torres y se separan los hidrocarburos que tiene propiedades similares y se realiza la destilación. Luego los compuestos se enfrían y se condensan a medida de que suben por a columna antes mencionada.
   • Diesel: está hecho de parafinas y utilizado principalmente como combustible de calefacción y en sus respectivos motores.

2. 3.1.1 Deflagración.

   • Una 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.
   • Combustión rápida con llama y sin explosión.

3. 3.1.2 Detonación.

   • Una detonación es una combustión supersónica que implica la existencia de una onda expansiva y una zona de reacción detrás de ella. Se diferencia de la deflagración, que es una combustión subsónica.
   • También llamada picado. Es una combustión rápida y violenta de la mezcla aire/combustible en la(s) cámara(s) de combustión del motor, después del encendido por la chispa o arco eléctrico en la(s) bujía(s).

4. 3.2 Clasificación del tipo de flamas.

   • Atendiendo a cómo se incorpora el oxígeno a la llama, podemos distinguir:
     • Llamas de difusión.- 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 el momento en el que un gas inflamable se encuentra de forma natural con el oxígeno del aire. La zona donde se produce este fenómeno se denomina zona de reacción, no es muy extensa y es donde se produce la combustión.
     • Llamas de premezcla.- Cuando el combustible y comburente van mezclados previamente a la combustión, como en el caso de un mechero bunsen. En estas llamas la combustión es más completa y permiten alcanzar mayores temperaturas, presentando otras características como la tonalidad azul.
     • La incandescencia de las velas proviene de la presencia de partículas sólidas en la parte luminosa y caliente de la llama. Estas partículas, que son fundamentalmente carbono elemental, se pueden depositar en la hoja de una espátula colocándola directamente sobre la llama.

5. 3.2.1 Límites de flamabilidad.

   • Existen dos límites de inflamabilidad: Límite Inferior de Inflamabilidad y Límite Superior de Inflamabilidad: Límite Inferior de Inflamabilidad, es la concentración mínima de gas en el aire por debajo de la cual fuego no es posible.

6. 3.2.2 Teoría global de la tasa de reacción (TGTR).

   • Cuando se produce una reacción química, las concentraciones de cada uno de los reactivos y productos va variando con el tiempo, hasta que se produce el equilibrio químico, en el cual las concentraciones de todas las sustancias permanecen constantes.
     • La velocidad de una reacción es la derivada de la concentración de un reactivo o producto con respecto al tiempo tomada siempre como valor positivo. Es decir, es el cociente de la variación de la concentración de algún reactivo o producto por unidad de tiempo cuando los intervalos de tiempo tienden a 0.
   • La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tardar muchos años.

7. 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.
     • Una ventaja sería: Menor consumo específico, menor emisión de los contaminantes HC (hidrocarburos) y CO (Monóxido de Carbono), hasta un valor compatible con el buen funcionamiento.
     • Y una desventaja: 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, mayor emisión de Óxidos de Nitrógeno (NOx), posible aparición de la Detonación (motor alternativo). Tendencia al calentamiento por combustión lenta.

8. 3.2.4 Mezcla rica.

   • Se dice de los motores de ciclo Otto que funcionan con mezcla rica cuando el factor lambda es menor de 1, es decir que la proporción de aire/combustible en peso es menor que la estequiométrica de 14,7 a 1. Un valor moderado de factor lambda como por ejemplo 0,95 permite unas óptimas condiciones de par motor y por tanto de potencia, sin embargo son incompatibles con el uso del catalizador.
     • Una ventaja: Máximo par motor y por tanto potencia.
     • Una desventaja: Según el valor mayor o menor del factor lambda dentro de los márgenes de funcionamiento (hasta 0,8), mayor consumo de combustible, y mayor emisión de contaminantes.

9. 3.3 Factores que influyen en las características de la llama.

   • La cinética química es un área de la fisicoquímica que se encarga del estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción general (difusión, ciencia de superficies, catálisis).
     • Experimentalmente la velocidad de una reacción puede ser descrita a partir de la(s) concentración(es), las especies involucradas en la reacción y una constante, sin embargo esta puede depender de numerosos factores (el solvente utilizado, el uso de catalizadores, fenómenos de transporte, material del reactor, etc.), haciendo muy complejo el proceso de determinación de velocidades de reacción.
   • La velocidad de reacción está conformada por la velocidad de formación y la velocidad de descomposición. Esta velocidad no es constante y depende de varios factores, como la concentración de los reactivos, la presencia de un catalizador, la temperatura de reacción y el estado físico de los reactivos.
   • Para cada reacción se puede formular una ecuación, la cual describe cuantas partículas del reactivo reaccionan entre ellas, para formar una cantidad de partículas del producto..
   • Si en una reacción interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y su rapidez también es menor. En cambio, si el área de contacto es mayor, la rapidez es mayor.

10. 3.3.1 Relación combustible/aire.

    • Es el número que expresa la cantidad, en masa o en volumen, de aire aspirado por un motor de combustión para una cantidad unitaria de combustible. Dicha relación es función del combustible, del tipo de motor, de su regulación y de la carburación.
      • Cuando se trate de gasolinas comerciales, dicha relación está comprendida entre 14,7 y 15,1 (es decir, unos 15 kg de aire por cada kilogramo de gasolina).
    • Es lógico que con 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.

11. 3.3.3 Presión de entrada y salida.

    • La presión se transmite sin disminución en un fluido estático cerrado.
    • Cualquier presión externa aplicada, se transmite a todas las partes del fluido cerrado, haciendo posible una gran multiplicación de la fuerza (presión hidráulica).

12. 3.3.2 Temperatura inicial del aire.

    • Se llama temperatura atmosférica a uno de los elementos constitutivos del clima que se refiere al grado de calor específico del aire en un lugar y momento determinados así como la evolución temporal y espacial de dicho elemento en las distintas zonas climáticas.
    • Temperatura máxima: Es la mayor temperatura del aire alcanzada en un lugar en un día (máxima diaria), en un mes (máxima mensual) o en un año (máxima anual).
    • Temperatura mínima. Se trata de la menor temperatura alcanzada en un lugar en un día, en un mes o en un año y también la mínima absoluta alcanzada en los registros de temperaturas de un lugar determinado.

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