Propiedades y Comportamiento de los Combustibles

Propiedades de los Combustibles

Poder Calorífico

El poder calorífico (PC) de un combustible queda definido por el nº de unidades de calor liberadas por la unidad de masa o de volumen del combustible, quemada en un calorímetro en condiciones previamente establecidas. Como la humedad de un combustible es variable según las condiciones en que llega al hogar, se tomarán como valores característicos de un combustible su PCS y PCI referidos a base seca, exentos de humedad, y serán variables los valores de PCQ y PCU en función de la humedad del combustible según se quema.

• Poder Calorífico Superior (PCS): Cantidad total de calor de un combustible, incluyendo el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en dicho combustible seco.
• Poder Calorífico Inferior (PCI): Cantidad de calor que resulta al restar del poder calorífico superior, el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en dicho combustible seco.
• Poder Calorífico en base húmeda (PCQ): Cantidad de calor correspondiente al combustible seco contenido en 1 kg de combustible, expresado en PCI en las condiciones en que se introduce en el hogar de combustión. PCQ = PCI x (1 - w) kcal/kg de producto combustible.
• Poder Calorífico útil (PCU): Cantidad de calor que resulta al restar del PCI el calor necesario para evaporar, en la combustión, la humedad del combustible según se quema.

Puntos de Inflamación, Combustión, Encendido y Enturbiamiento

• Punto de Inflamación: Indica la temperatura a la cual, un combustible líquido, ensayado según una norma determinada, emite suficientes vapores, provocados por el calentamiento, para que puedan inflamarse por la acción de una llama piloto, pero sin propagación al resto del combustible. Da una idea de la existencia de productos volátiles en el combustible.
• Punto de Combustión: Es aquella temperatura a la que hay que calentar un combustible líquido, para que al acercarle una llama se encienda de forma permanente hasta su consumo total, contenido en un recipiente. Permite formar juicio del peligro de manipulación del combustible.
• Punto de Encendido: Es aquella temperatura necesaria en el combustible, para que en presencia del aire se encienda espontáneamente. Permite formar juicio de posibilidad de autoignición.
• Punto de Enturbiamiento: Temperatura a la cual aparecen los primeros cristales de parafina en una muestra contenida en un recipiente, cuando se enfría bajo ciertas condiciones prescritas. Indica posibles problemas en el bombeo y obstrucciones en filtros y atomizadores.

Propiedades de Gasolinas para Automoción

Poder Antidetonante. Número de Octano (NO): Evalúa la tendencia a la autoinflamación de un combustible, es decir, su resistencia a dar lugar a la combustión detonante (picado). Se dice que un combustible tiene un NO = n, si a una relación de compresión (rc) dada, detona con igual intensidad que una mezcla de n% en volumen de isooctano (poco propenso a detonar) y (100 - n)% en volumen de n-heptano (muy propenso a la detonación). Para caracterizar combustibles con NO > 100 se utiliza como patrón de referencia la mezcla de isooctano y plomo tetraetilo. Para combustibles gaseosos, se ha propuesto el Número de Metano, basado en una escala arbitraria entre dos patrones de referencia: hidrógeno = 0 y metano = 100.

Propiedades de Gasóleos y Fuelóleos

Inflamabilidad. Número de Cetano (NC): Trata de medir la calidad de ignición de los gasóleos, siendo un indicativo del tiempo que transcurre desde su inyección hasta el comienzo de su combustión. Un combustible destinado a un motor de encendido por compresión (diésel) debe tener una alta facilidad de ignición al entrar en contacto con el aire caliente. Un combustible con un NC, es aquel que bajo ensayo en motor de norma, muestra igual facilidad de encendido que una mezcla de: NC% en volumen de hexadecano (cetano, alta facilidad de ignición) y (100 - NC)% de α-metilnaftaleno (resistente a la detonación). Un bajo cetano requiere más tiempo para el encendido y un funcionamiento más rudo.

Tipos de Combustión

• Combustión completa: Se queman las sustancias combustibles hasta el máximo grado posible de oxidación. No existen sustancias combustibles en los humos, pero pueden contener oxígeno.
• Combustión teórica, neutra o de referencia: Se realiza con la cantidad mínima de aire para que, teóricamente, no se produzcan inquemados, es decir, sin exceso de aire. No contiene oxígeno en los humos.
• Combustión incompleta o imperfecta: Se forman sustancias que aún serían aptas para la combustión, estas sustancias se denominan inquemados. Pueden efectuarse con exceso o con defecto de aire.

Exceso de Aire y Enriquecimiento de Oxígeno

Exceso de aire: Diferencia entre el aire realmente utilizado y el aire mínimo teórico, expresado en tanto por ciento.

Coeficiente de exceso de aire o tasa de aireación: Cociente entre el aire utilizado y el aire mínimo teórico.

Enriquecimiento de oxígeno: Reduce el volumen de humos y, por lo tanto, incrementa el rendimiento de la combustión. Disminuye la velocidad de los humos, y en consecuencia, éstos permanecen más tiempo en la cámara de combustión, lo que implica mayor cesión de calor. Aumenta la temperatura de la llama y, por lo tanto, la velocidad de calentamiento, requiriendo refractarios adecuados. Con la alta temperatura de las llamas sobreoxigenadas, se producen fenómenos de disociación del CO₂ y del H₂O. La mezcla combustible-comburente se inflama antes. La velocidad de propagación de la llama es mayor, obteniéndose una llama más estable, una longitud de llama menor, menos inquemados y menos exceso de comburente.

La Llama

Llama: Es el medio gaseoso en el que tiene lugar la reacción de combustión. Aquí es donde el combustible y el comburente se encuentran mezclados y en reacción, reacción acompañada normalmente de radiaciones visibles.

Frente de llama: Frontera entre el proceso de combustión y la mezcla fresca de combustible y comburente.

Velocidad de propagación de llama: Velocidad del avance del frente de llama, que se propaga sobre la mezcla fresca de combustible y comburente. A velocidad inferior a la del sonido produce una deflagración, y a velocidad superior al sonido genera una detonación.

Estabilidad de la llama: Para que la llama comience y quede estable, debe recibir la energía de activación y estabilizar el frente de llama. Para esto último, se debe coordinar la velocidad de entrada de comburente (aire) y combustible con la velocidad de propagación del frente de llama.

• Fijación de la llama: Si la velocidad de la mezcla fresca (V_m) es igual y de signo contrario a la velocidad de propagación (V_p).
• Desprendimiento de llama: Si la velocidad de la mezcla es superior (V_m > V_p).
• Retorno o extinción de llama: Si la velocidad de la mezcla es inferior (V_m < V_p).

Velocidad de soplado o desprendimiento: Velocidad de salida de la mezcla inflamable, que desprenda la llama del quemador.

Velocidad crítica de retorno de llama o extinción: Velocidad máxima de salida de la mezcla inflamable para la que se produce un retroceso de la llama dentro del quemador.

Temperatura adiabática de la llama o teórica de combustión: La máxima temperatura que se alcanzaría en el caso de una combustión completa con la cantidad estequiométrica de aire sin pérdidas de calor.