INTRODUCCIÓN A LOS COMBUSTIBLES

INTRODUCCIÓN A LOS COMBUSTIBLES

1. DETONACION

   • es una cuestión de tiempo, presión y temperatura. Si cogemos una mezcla de aire y combustible, y la ponemos a alta presión y alta temperatura, pasado un cierto tiempo, acaba detonándose
     • En motor normal
       • el mayor riesgo de detonación se tiene a regímenes de giro pequeños, de presión alta, porque en esas condiciones la mezcla está durante más tiempo a presión elevada
     • En un motor turbo
       • Tiene las peores condiciones las del entorno de par máximo, las presiones en cámara son mayores que a bajo régimen
     • CAUSAS
       • *Una de las principales causas para que se produzca la detonación es que la relación de compresión sea elevada, y, por lo tanto, durante la compresión igual la presión es muy elevada.
         • *La existencia de residuos incandescentes en las cámaras de combustión son una causa para que se produzca la detonación, esto ocurre cuando la combustión es incompleta y quedan gases sin quemarse.
           • *Otra causa para que se produzca la detonación es utilizar una gasolina con octanaje inferior al establecido para el motor
             • *Combustible insuficiente, alta temperatura del aire de la admisión.
       • EFECTOS
         • la detonación es un fenómeno que produce efectos dañinos para el motor, como los siguiente:
           • • Las ondas de choque aumentan el desprendimiento de calor con lo que se sobrecalienta el motor y se pueden destruir algunas piezas de la cámara
             • • Se destruye la película de aceite que hace que surja combustión por lo que se desgasta y corroe más la parte superior del cilindro.

2. 3.1 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS COMBUSTIBLES AUTOMOTRICES.

   • 1) GASOLINA compuesta por una mezcla de hidrocarburos, obtenida en el proceso de refinamiento del petróleo.
     • TIPOS
       • 98 OCTANOS; Gracias a su bajo contenido en azufre y la incorporación de aditivos este combustible mantiene limpio el, aumenta la compresión y con ello el rendimiento del vehículo
       • GASOLINA 95 OCTANOS Utilizada para vehículos de poca potencia proporciona un rendimiento óptimo para automóviles con motores pequeños. ayuda a mantener limpio el propulsor del vehículo y es mas ecológico.
       • COMPOSICIÓN
         • Esta compuesta de los hidrocarburos que son una familia de compuestos químicos, , se componen de hidrógeno (H) y carbono (C) exclusivamente. Son los compuestos básicos del petróleo.
           • De 95COTANOSse cataloga así porque soporta la misma presión y temperatura que una mezcla 95% isooctano-5% heptano
           • De 98: para crearla se hace un proceso llamdo “Reformado” se realizan reacciones químicas sobre los hidrocarburos que componen esa mezcla para obtener unos hidrocarburos diferentes y agregan mas aditivos
   • BIOETANOL
     • es una fuente de combustible renovable,debido a su alto octanaje, 104 octanos, es mucho más barato que la gasolina, funciona mejor en motores turbo ya que aumenta la compresión sin auto detonación
     • COMPOSICIÓN
       • se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas. En este proceso se obtiene el alcohol hidratado,tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible. Se combina con gasolina en concentraciones del 5 o el 10%,
   • DISEL
     • Generalmente es más económico que la gasolina, y se suele utilizar en todo tipo de vehículos diésel,
     • TIPOS
       • DISEL PLUS
         • Ofrece como ventajas el cuidado del motor como por ejemplo: menor suciedad en las válvulas del motor y esto alarga del rendimiento
           • COMPOSICIÓN
             • es un gasóleo con aditivos anticorrosivos y detergentes que mejora y acelera el proceso de combustión, con lo cual mejora el número de cetano
       • Diésel 1D,2D y 4D
         • Esta clasificación 1D, 2D y 4D hace referencia a su densidad y debido a ésta, cada uno está destinado a unos vehículos u otros
           • 1D
             • motores que están cambiando constantemente y en climas fríos.
           • 2D
             • Motores en climas calidos
           • 4D
             • motores de baja velocidad
           • COMPOSICIÓN
             • está formado por hidrocarburos de mayor número de carbonos (10-21) y de estructuras diferentes, el índice de calidad se mide por el IC (Índice de Cetano),
   • GAS NATURAL
     • menor impacto medioambiental más eficiente y sostenible. Los vehículos que pueden utilizar gas natural son: turismos, vehículos pesados, trenes, aviones... Solamente podrás hacer uso de este tipo de combustible en vehículos que funcionan con gas
     • COMPOSICIÓN
       • utilizado para generar calor y energía en casas e industrias, compuesto básicamente de metano, etano, propano y butano

3. DEFLAGRACIÓN.

   • es una combustión con llama a baja velocidad de propagación, sin explosión Como por ejemplo las explosiones de butano
     • Las reacciones que provoca una deflagración son idénticas a las de una combustión, pero se desarrollan a una velocidad todavía mayor y comprendida entre 1m/s y la velocidad del sonido
       • EJEMPLOS
         • • Encender una cerilla. •
           • • La mezcla de combustible-aire en un motor de combustión interna. • La rápida combustión de una carga de pólvora en un arma de fuego. • Las mezclas pirotécnicas en los fuegos artificiales o en los dispositivos o cartuchos de fragmentación de roca segura.
     • Para que se produzca una deflagración es necesario:
       • • Una mezcla de producto inflamable con el aire, en su punto de inflamación.
         • • Una aportación de energía de un foco de ignición.
           • • Una reacción espontánea de sus partículas volátiles al estímulo calórico que actúa como catalizador

4. 3.2

   • 3.2 CLASIFICACIÓN DEL TIPO DE FLAMAS.
     • Cuando se produce la combustión de un elemento inflamable en una atmósfera rica en oxígeno, se observa una emisión de luz Se clasifican en dos tipos “llamas de premezcla” y “llamas de difusión”
       • 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 zona donde se produce este fenómeno se denomina zona de reacción,
             • SE CLASIFICA EN MODELOS
               • •Zona interna: una zona en la que lo único que hay es gases combustibles por lo que no puede combustionar. A esta zona también se le denomina zona fría
                 • Zona intermedia: En el límite de la zona interna el combustible comienza a mezclarse con el oxígeno circundante permitiendo su combustión. Aquí emite luz.
                   • •Zona externa: En ella predomina el oxígeno circundante, por lo que los radicales libres formados en las zonas de mayor temperatura se combinan con el oxígeno completando la oxidación
     • LLAMAS DE PREMEZCLA
       • Cuando el aire y el gas se mezclan antes de la zona de combustión.
         • PREMEZCLA TOTAL: Si el aire premezclado con el gas representa la cantidad total requerida en la combustión, se tiene una llama de .
           • PREMEZCLA PARCIAL: Cuando el aire premezclado representa sólo una fracción del aire requerido, la llama se denomina de
             • CARACTERISTICAS:
               • En estas llamas la combustión es más completa y permiten alcanzar mayores temperaturas, presentando otras características como la tonalidad azul.
                 • CLASIFICACION:
                   • •Zona de precalentamiento: Al salir la mezcla de combustible aún no posee la temperatura necesaria para reaccionar, aumentando esta según se aproxima a la siguiente zona
                     • Zona reacción: Una vez alcanzada la temperatura de ignición la mezcla reacciona liberando calor y formando los productos.
                       • •Zona de post reacción:Los gases productos de la reacción se van enfriando y dejan de emitir luz.
   • 3.2.2 TEORÍA GLOBAL DE LA TASA DE REACCIÓN
     • El objetivo de la cinética química consiste en explorar las leyes que rigen el cambio de la composición de un sistema en el tiempo y su relación con las variables con la presión, la temperatura y la composición
       • La velocidad de reacción de un sistema reactivo:
         • a A + b B + ... → d D + e E + ...
           • formulada en términos 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 ≡ dξ/dt
               • donde ξe es el grado de avance de la reacción en términos de la concentracion
               • En términos de números de moles o de presiones parciales, la expresión es similar, reemplazando las concentraciones por estas propiedades.
   • 3.2.1 LÍMITES DE INFLAMABILIDAD
     • la inflamabilidad de un gas es una consecuencia mecánica favorecida por una fuente de energía que es el calor, pero pueden existir otras fuentes de origen distinto como pueden ser ondas de choque, o la combinación de ondas de choque y calor.
       • 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
           • Este se mide como porcentaje en volumen.
             • EJEMPLO
               • consideraremos una habitación que podría ser la cocina de cualquier casa, si nosotros abrimos el gas y a la vez en el otro extremo de la estancia alguien encendiese un mechero, no ocurriría ningún efecto sobre el gas que fuga de la cocina, sin embargo si dejamos que el gas siga vertiendo moléculas en el recinto y mantenemos la llama encendida al cabo de un cierto tiempo se produciría la inflamación del gas.
                 • EXPLICACIÓN
                   • estamos hablando de gas propano, será necesario que en el recinto la concentración de este alcance el 2% del volumen total para comenzar la ignición, a este porcentaje es a lo que se denomina L.I.I.
                     • RANGO DE INFLAMABILIDAD
                       • Entre las cantidades comprendidas entre el L.I.I. y el L.S.I. existe una gama de concentraciones de gas que cuando se combinan con el oxígeno del aire son inflamables, a esta gama o rango de concentraciones se le denomina Rango de Inflamabilidad.
                         • Para cada gas, o mezcla de gases, existe una cierta concentración que es exactamente la necesaria para que su combinación con el oxígeno produzca una reacción al 100% efectiva
                           • Como conclusión podemos decir que si un compartimento contiene un gas inflamable, con aire, más una fuente de ignición, este solo puede arder si se da la condición que el gas/gases se encuentre dentro de su rango/rangos de inflamabilidad (es decir, entre el LII y el LSI).
       • LIMITE SUPERIOR DE INFLAMABILIDAD
         • Tomando el ejemplo anterior pero esta vez dejamos que la cocina se llene de gas propano, sin que exista una llama o fuente de ignición presente, observaríamos que pasado un cierto tiempo, cuando intentásemos encender la llama, curiosamente no se produciría ningún tipo de efecto
           • EXPLICACIÓN
             • 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.
   • 3.2.3 MEZCLA POBRE Y 3.2.4 MEZCLA RICA
     • ¿A qué llamamos mezcla? Los motores trabajan quemando una mezcla de aire/combustible. Pues bien eso es la mezcla.
       • Para que la combustión se produzca, es necesario que la relación de mezcla se encuentre entre unos valores poniendo en primer lugar la cantidad de aire y después la de combustible La mezcla perfecta sería de 14,8 gramos de aire por 1 gramo de combustible.
         • ¿COMO SE MIDE?
           • La mezcla se mide en masa, nunca en volumen
             • MEZCLA POBRE
               • Resulta del exceso de aire en la mezcla. En estas condiciones en el motor se incrementa la temperatura de la combustión, facilitando la aparición de óxidos de nitrógeno (Nox)
                 • CONSECUENCIAS
                   • 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.
                     • EJEMPLO: Como se puede ver en la gráfica inferior la potencia máxima en un motor se obtiene con una mezcla ligeramente rica, mientras que el consumo mínimo se consigue con una mezcla ligeramente pobre
                       • EJEMPLO: Como se puede ver en la gráfica inferior la potencia máxima en un motor se obtiene con una mezcla ligeramente rica, mientras que el consumo mínimo se consigue con una mezcla ligeramente pobre
       • MEZCLA RICA
         • Se produce debido al exceso de combustible en la mezcla con respecto al aire que entra en la cámara del combustión del motor.
           • el exceso de combustible no se puede combinar completamente con el aire, por lo tanto una parte del combustible es expulsado por el escape
             • BENEFICIOS
               • Ayuda a refrigerar el motor el combustible no quemado. Aumento de potencia. Una mezcla rica ligera es bueno para el motor.

5. 3.3 Factores que influyen en las características de la llama

   • 3.3 FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS CARACTERÍSTICAS DE LA LLAMA.
     • La llama se define como la combustión de gases y vapores a altas temperaturas, cuyo volumen será el espacio ocupado por estos reactantes durante la combustión.
       • SE CLASIFICAN:
         • - LA LLAMA LUMINOSA
           • Emite luz porque contiene partículas sólidas que se vuelven incandescentes, debido a la alta temperatura que soportan. Las partículas sólidas, si nos e agregan especialmente, están constituidas por carbón.
         • - LA LLAMA NO LUMINOSA
           • .- Se consigue debido a un íntimo contacto entre el aire y el gas antes de efectuarse la combustión, de tal manera de que casi no se producen sólidas incandescentes porque la combustión es completa. En este tipo de llama se distinguen tres zonas.
             • 1. Zona Fría (A).- De color oscuro, constituida por una mezcla de gases y aire, sin quemar. 2. Cono Interno (B).- De color azul-verdoso brillante, es una fina envoltura de 1/50 mm. donde se producen las reacciones iniciales necesarias para la combustión. La presencia de carbón y monóxido de carbono convierten a esta zona en una zona reductora. Se produce una combustión incompleta entre el gas y el oxígeno, según: C3H8 + 3O2 ------- 2CO + C + 4H2O + CALOR 3. Cono Externo (C).- Es la zona más grande, de un color azul pálido que se disemina en el aire y está constituida por los productos de la combustión siguiente, vapor de agua, y dióxido de carbono.
   • 3.3.1 Relación combustible/aire
     • 3.3.1 RELACIÓN AIRE COMBUSTIBLE
       • La relación aire/combustible deben mantenerse a un nivel tan bajo como sea posible con el fin de ahorrar combustible.
         • Sin embargo, a no ser que se utilice exceso de aire en la cámara de combustión, puede tener lugar una combustión incompleta, que también malgastara combustible, pudiendo haber riesgo de explosión por ignición retardada en el hogar del combustible no quemado
           • deben suministrarse exceso de aire en cantidades que varían entre el 20 y 30% dependiendo del combustible utilizado, la carga de caldera y su configuración.
             • El exceso de aire también está influido por las necesidades de controlar las emisiones de NOX y SO2.
               • Los analizadores de combustión que usan técnicas de absorción infrarroja son utilizados para las lecturas de CO YCO2
                 • ECUACIÓN
                   • WA= (28N_2)/12(CO +CO)(0.769)
                     • Donde: WA= peso real del aire en lb (Kg) por lb (Kg) de combustible quemado. CO= porcentaje de monóxido de carbono en los gases de combustión en volumen. N2= porcentaje de nitrógeno en los gases de combustión en volumen.
     • 3.3.2 TEMPERATURA INICIAL DEL AIRE.
       • La temperatura es un índice indicativo del calentamiento o enfriamiento del aire que resulta del intercambio de calor entre la atmósfera y la tierra. La temperatura indica en valores numéricos el nivel de energía interna que se encuentra en un lugar en ese momento
         • Las características físicas del aire de ser un fluido gaseoso le confiere gran movilidad y un potencial dinámico en los intercambios del sistema.
           • Las características físicas del aire de ser un fluido gaseoso le confiere gran movilidad y un potencial dinámico en los intercambios del sistema.
             • Factores que afectan la incidencia de energía o radiación incidente:
               • A. Tiempo de exposición a la radiación solar: fotoperíodo. B. Localización (latitud) y época del año que determina el ángulo de inclinación de los rayos solares (ángulo zenital). C. Nubosidad, que determina él numero de horas de sol. D. Factores que afectan la perdida de energía o radiación perdida: E. Duración de la noche F. Nubosidad que afecta el flujo de energía perdida
                 • Todos estos factores determinan para una localidad la temperatura máxima que se logra después del momento de mínimo ángulo zenital, y la temperatura mínima que se logra antes de la salida del sol, cuando finaliza el periodo de perdida de energía hacia las capas superiores de la atmósfera
                   • Temperatura media diaria de la atmósfera
                     • La temperatura media diaria se obtiene a partir de la media aritmética de 24 registros horarios que surgen de la lectura de la banda de termógrafo. Estos registros son corregidos mediante un índice que surge de 3 lecturas diarias (a las 9, 15 y 21 hs.) de temperatura de termómetro de mercurio.

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