Introducción a los combustibles

Introducción a los combustibles

1. Composicion quimica de los combustibles automotrices

   • un combustible es un material que, por sus propiedades, arde con facilidad. El concepto suele aludir a la sustancia que, al oxidarse cuando se enciende, desprende calor y libera energía que pueda aprovecharse. Los combustibles, de este modo, generan energía mecánica o energía térmica. La gasolina (también conocida como nafta), el gasóleo o gasoil, el gas natural, la madera y el carbón son algunos de los combustibles más utilizados a nivel mundial.
     • Todos los combustibles tienen un cierto poder calorífico: la cantidad de energía (calor) que liberan por unidad de volumen o de masa cuando se produce la reacción de oxidación. Dicha reacción se inicia en el momento en que el combustible alcanza su temperatura de ignición.
   • Etanol
     • Compuesto químico conocido como alcohol etílico, es un alcohol que se presenta en condiciones normales de presión y temperatura como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78,4 °C.
       • Estado de agregación Líquido Apariencia incoloro Densidad 810 kg/m3; (0,810 g/cm3) Masa molecular 46,07 uma Punto de fusión 158,9 K (-114,1 °C) Punto de ebullición 351,6 K (78,6 °C) Temperatura crítica 514 K (241 °C) Presión crítica 63 atm
   • Biodiesel
     • Bajo la denominación genérica de biodiésel se incluyen los combustibles constituidos por metil-ésteres de ácidos grasos. Los ésteres son los compuestos químicos que se obtienen cuando se hace reaccionar un ácido orgánico (fórmula general: R-COOH) con un alcohol. Cuando el alcohol es el metílico (metanol: CH3OH) se obtienen los metilésteres: R-COOH + CH3-OH p R-COO-CH3 + H2O. También se pueden obtener ésteres metílicos tratando una grasa directamente con metanol (en las condiciones apropiadas). Como las grasas están compuestas mayormente por glicéridos (ésteres del glicerol con ácidos grasos), en la reacción de transesterificación se obtiene glicerina además de biodiesel.
   • Gas natural
     • El gas natural es un hidrocarburo formado principalmente por metano, aunque también suele contener una proporción variable de nitrógeno, etano, CO2, H2O, butano, propano, mercaptanos y trazas de hidrocarburos más pesados. El metano es un átomo de carbono unido a cuatro de hidrógeno (CH4) y puede constituir hasta el 97% del gas natural.
   • Propano
     • l gas propano puede ser obtenido mediante el procesamiento del petróleo crudo en las refinerías y, en algunos casos, como un subproducto de las plantas químicas. Específicamente, se realiza una extracción a partir de corrientes de petróleo crudo y gas natural desde un depósito o un yacimiento. Cabe resaltar que la extracción del butano y propano (GLP) en estado líquido se realiza cerca del punto de producción de hidrocarburos y que estas cantidades varían dependiendo de la naturaleza del depósito y del punto de producción. Por tanto, los diferentes puntos de suministro que existen a la hora de extraer el gas propano del hidrocarburo determina la pureza y la calidad del GLP. A continuación, te informamos sobre cada componente base y del lugar del cual se extrae para producir el propano.
       • Formula quimica: C3H8
   • Deflagración
     • Una deflagración produce reacciones que resultan iguales a las generadas por una combustión: se desarrolla rápidamente un proceso de oxidación que provoca la aparición de una llama. Esta llama, debido a la difusión térmica, puede avanzar.
       • Cuando se produce una explosión, en cambio, la combustión se vincula a una onda de choque se propaga. De todos modos, es habitual que deflagración se utilice como sinónimo de explosión, aunque se trata de conceptos diferentes.
         • Una explosión libera bruscamente energía que estaba encerrada en un volumen pequeño, provocando un aumento violento de la presión que genera un estruendo y desprendimiento de gases, luz y calor. La deflagración, por su parte, implica la aparición súbita de una llama.
     • El desarrollo de una deflagración requiere de una serie de factores, que deben darse cumpliendo ciertas condiciones, como se explica a continuación:
       • en primer lugar, es necesario un producto inflamable el cual se debe mezclar con el aire, y debe estar en su punto de inflamación; * por otro lado, un foco de ignición debe realizar un aporte de energía; * ante el estímulo calórico, las partículas volátiles del producto experimentan una reacción espontánea. Dicho estímulo funciona como iniciador primario o catalizador de reacción.
   • Detonacion
     • es el acto y la consecuencia de detonar: comenzar un estallido. La noción está vinculada a fenómenos como la combustión y la explosión.
       • La combustión es una reacción química que se produce entre un comburente (el oxígeno) y un combustible (el alcohol, la madera u otro). El comburente hace que el combustible se oxide rápidamente y libere energía, que por lo general se manifiesta como una llama.
         • Cuando la combustión se desarrolla a una velocidad subsónica y sin explosión, se habla de deflagración. En cambio, si la combustión alcanza una velocidad supersónica, estamos ante un caso de detonación.
           • Una detonación genera una onda expansiva, seguida por una onda o zona de reacción. Por lo general, la detonación comienza con una deflagración que luego, por las condiciones que se registran en el entorno, se convierte en una detonación, provocando una onda de choque que se desplaza a una velocidad mayor que la alcanzada por el sonido

2. Clasificacion de tipos de flamas

   • Clase A
     • Se conocen como fuego de clase A toda aquella reacción de combustión que se origina a partir de un combustible sólido, y a menudo de tipo orgánico. Se trata del tipo de fuego que realizamos en hogueras o los provocados en bosques o en tejidos vivos. También pueden surgir por la combustión de plásticos. Es posible apagarlos con agua, sea a chorro o pulverizada, si bien también pueden emplearse otros métodos como polvo seco o dióxido de carbono.
   • Clase B
     • Los fuegos de clase B son tipos de fuego los cuales aparecen a partir de la combustión de materiales líquidos con capacidad inflamable, o bien de sólidos con capacidad de licuarse. Se trata del tipo de fuego que se produce ante la combustión de alcohol, gasolina, cera o pintura, entre otros. En este sentido el fuego de las velas o faroles antiguos pertenecería a este grupo. Su extinción requiere de polvo seco, aunque también puede utilizarse agua pulverizada o CO2.
   • Clase C
     • Se consideran como fuegos de clase C al conjunto de tipos de fuego que son producto de la combustión de gases a alta temperatura, como los utilizados en aparatos eléctricos o en la cocina. Así, la combustión de metano o gas natural produciría este tipo de fuego, el cual suele aparecer de manera más rápida que en el caso de los anteriores. Las reacciones de este tipo requieren de polvo seco para poder apagarse.
   • Clase D
     • La clase D, en lo que se refiere a los tipos de fuego, hace referencia a aquellas reacciones de combustión en las que el combustible es algún tipo de metal o polvo de metal inflamable. Ejemplos de ello son el provocado por el magnesio. No deben apagarse con agua dado que la reacción es extremadamente virulenta, sino que deben emplearse extintores de polvo especial.
   • Clase F o K
     • Este último tipo fuego son un tanto especiales, ya que hacen referencia al fuego iniciado ante un combustible en forma de aceite o grasa, el cual es empleado en equipos de cocina. En Europa era denominado fuego de clase F, y en territorios de habla inglesa se conocen como fuegos de clase K (de kitchen o cocina). Aunque técnicamente podría corresponderse con los de clase B, se creó esta clase al ver que el comportamiento de las llamas y el tipo de elementos que pueden utilizarse para apagarlas son diferentes (por ejemplo, no se podría apagar con dióxido de carbono). Para apagarse se suelen emplear extintores de agua con algunos componentes específicos.
   • • Clase E
       • Si bien técnicamente no suele considerarse un tipo de fuego apartado de los anteriores sino que cada caso se englobaría en el tipo de combustible que correspondiera, en ocasiones se ha hablado del tipo de fuego de clase E. Esta clasificación incluiría principalmente las llamas producidas por alteraciones vinculadas a elementos que funcionan o por las cuales circula la electricidad. El motivo de su no consideración como clase real es el hecho de que en el fondo lo que se quema son componentes determinados que pertenecen a clases anteriores. Apagarlos requiere extintores de dióxido de carbono, nunca agua.
   • teoria global de la tasa de reacción
     • El objetivo de la Cin´etica Qu´ımica consiste en explorar las leyes que rigen el cambio de la composici´on de un sistema en el tiempo y su relaci´on con las variables que definen su estado, en particular, con la presi´on, la temperatura y la composici´on. La velocidad de reacci´on de un sistema reactivo:
       • a A + b B + ... → d D + e E + ... formulada en t´erminos de concentraciones molares, se define como: v = − 1 a d[A] dt = − 1 b d[B] dt = ... = 1 d d[D] dt = 1 e d[E] dt ≡ dξe dt donde ξe es el grado de avance de la reacci´on en t´erminos de la concentraci´on: ξe≡ ξ V
   • mezcla rica y mezcla pobre
     • Pobre
       • Se reduce la potencia en el motor Aumenta la temperatura del motor En torno al 5% de exceso de aire, obtenemos el consumo mínimo de combustible. Por lo tanto ahorramos combustible. Pero en exceso perjudica a la combustión y puede producir detonación en los pistones.
     • Rica
       • Ayuda a refrigerar el motor el combustible no quemado. Aumento de potencia. Una mezcla rica ligera es bueno para el motor.
     • ¿Cual da mayor potencial?
       • Una mezcla ligeramente rica nos da la mayor potencia del motor.

3. factores que influyen en las caracteristicas de la llama

   • La forma que presenta una llama depende del medio técnico que prepara el combustible/comburente; es decir, depende del quemador utilizado, ya que éste es el encargado de pulverizar y repartir el combustible. Si la combustión es buena, la llama no será opaca, negruzca,... El color negro lo van a dar los inquemados. La temperatura que va a alcanzar la llama dependerá de:
     • 1. Composición y porcentaje del comburente. 2. Velocidad global de la combustión. Ésta depende de:
       • Reactividad del combustible. Forma y eficacia del sistema de combustión. Temperatura inicial de los reactivos.
         • En los quemadores de combustibles fluidos actuales se regula las proporciones de combustibles y aire para obtener llamas de alto poder calorífico, como consecuencia de combustiones completas, contarías a las llamas luminosas que se producen en algunos quemadores por la influencia de oxígeno.
   • Relacion combustible/aire/contaminantes
     • En los motores de combustión interna. A pesar de que los contaminantes del escape normalmente no son visibles, algunas pistas visuales son un aviso de un pobre control de la relación aire-combustible. El humo negro que sale del escape es usualmente un signo de gasolina no quemada; una mezcla rica. Pero el humo negro es algo que se ve raramente en los autos con inyección de combustible.
       • Así como las variaciones en la relación aire-combustible afectan la producción de potencia y el consumo de combustible, también afectan las emisiones de escape. Además afecta la temperatura de la combustión lo que a su vez afecta la formación de contaminantes. Una mezcla demasiado rica (muy poco aire), y el combustible no será completamente quemado. El combustible no quemado entrará en la atmósfera como CO y HC. Una mezcla muy pobre (demasiado aire), aumenta la temperatura de la combustión y por lo tanto los NOx.
         • Ajustar la relación aire-combustible para asegurar una combustión completa y minimizar la producción de HC y CO tiene el efecto colateral no deseado de aumentar los NOx. De forma similar, enriquecer la mezcla para minimizar la temperatura de la combustión y la formación de NOx trae aumentos inaceptables de HC y CO.
           • Se vuelve claro entonces que la manipulación de la relación aire-combustible simplemente no es suficiente para controlar adecuadamente los tres contaminantes más nocivos, especialmente cuando nos enfrentamos a regulaciones para el control de emisiones cada vez más duras. El control de la relación aire-combustible para optimizar las emisiones es un primer paso, que debe ser seguido por el tratamiento de los gases después de que abandonan el motor
   • Temperatura inicial del aire
     • El aire está formado por partículas diferentes que tienen masa y también temperatura. Pero la temperatura del aire no es estable y está muy influenciada por los cambios que se producen entre el día y la noche, ya que el Sol calienta las masas de aire al irradiar energía hacia la Tierra y ésta devolverla en forma de radiación infrarroja que calienta el aire. Por la noche, al no recibir la energía solar, el aire se enfría teniendo su punto mínimo de temperatura poco antes del amanecer.
       • También vendrá influido por las diferentes estaciones anuales, pero esta influencia también es debido al Sol. Ya que en el invierno, la distancia de la Tierra hacia el Sol es más lejana y por tanto, la radiación que llega es menor. En verano pasa lo contrario.
         • Además de las nombradas, la temperatura del aire también dependerá de la latitud, en los polos hará más frío que en el ecuador. De la altitud, ya que el aire desciende al aumentar la altura y de la superficie. La distribución de los continentes y de los océanos influye de forma significativa en la temperatura del aire colindante. Generalmente, las masas de agua suavizan las temperaturas evitando los cambios bruscos, mientras que las masas continentales tienen una amplitud térmica mayor y sufren mayores contrastes.
   • Presion de entrada
     • 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.
       • La presión de entrada se usa para calcular la presión necesaria a proporcionar por las bombas del grupo de presión, así como el NPSHa (Presión de Entrada Positiva disponible). NPSHa se usa para determinar si una bomba puede usarse en una aplicación y para calcular como deber ser la tubería de aspiración.
         • La presión necesaria del grupo puede calcularse como se observa a continación:
           • Pset = Ptap(min) + Pf + (hmax/10.2)
             • Pset = presión de salida del grupo de presión necesaria Ptap(min) = presión mínima necesaria en el punto más alto de la instalación Pf = pérdida de presión en las tuberías desde el grupo de presión hasta el punto más alto hmax = la altura del grupo de presión al punto más alto de la instalación

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