COMBUSTIBLES

COMBUSTIBLESCombustible: es cualquier material capaz de liberar energa cuando se quema, y luego cambiar o transformar su estructura qumica.Clasificacin:

Estado de agregacin

-Slidos

-Lquidos

-Gaseosos

Cmo se presentan en la naturaleza

-Renovables: Celulsicos: Bagazo, Cscaras, Aserrn, Biocombustibles, Lea.

-No renovables: Fuel Oil, Diesel Oil, Gas Oil, Gas Natural, Gas de Destilera, Gas de Alto Horno, Carbn, Residual Asfltico.

Elementos Combustibles:Activos (del combustible): H, C, S.

Activo (de la combustin): O.Inertes: N.

Productos de la combustin: CO2, CO, H2O, SO2.CARACTERSTICAS A TENER EN CUENTA PARA LA SELECCIN DE UN COMBUSTIBLE1- COSTO DEL COMBUSTIBLE2- COSTO DEL TRANSPORTE3- COSTO DE LAS INSTALACIONES PARA ACONDICIONAR EL COMBUSTIBLE4- COSTO DE LAS INSTALACIONES PRINCIPALES5- COSTO DE OPERACIN DE TODOS LOS SISTEMAS6- COSTO DE MANTENIMIENTOUn combustible celulsico cuando se quema produce de 22 a 25 kg de gases/kg de combust. Un combustible fsil cuando se quema produce de 15 a 18 kg de gases/kg de combust.FSILES

FUEL OIL

EL FUEL OIL NACIONAL ES UN RESIDUO DE LAS TORRES DE DESTILACIN.SUS CARACTERSTICAS DEPENDERN:

* DEL LUGAR DE EXTRACCIN * DEL TRATAMIENTO DE DESTILACINCARACTERSTICAS A TENER EN CUENTA PARA EL DISEO DE UN HOGAR:1- Anlisis elemental del combustible (Composicin qumica):

C = 82 - 87 %H = 10 - 15 %O = 1 - 2 %

N = 0,2 - 0,5 %S = 0,1 - 1 %H2O = 0,5 - 1,5% Ceniza = Vestigios

2- Poder calorfico (cantidad de calor en kcal que libera al quemarse completamente por cada kg de combustible):Pcs = 10150 a 10600 kcal/kgPci = 9600 a 10100 kcal/kgLa mejor determinacin se realiza a travs de la bomba calorimtrica.Pci = 8093C + 28641(H- O) + 2120S - 597,2 H2O3- Viscosidad (Nos da idea de la resistencia que opone dicho fluido al movimiento):

Es una de las caractersticas de mayor importancia para el manipuleo y adecuada operacin de los equipos de combustin.Viscosidad Absoluta (POISE): Po = gr (masa)/cm seg = Viscosidad Cinemtica (STOCK): St = cm2/seg = v 4- Punto de escurrimiento (Este punto est definido por la temperatura en la cual el petrleo comienza a fluir):5- Porcentaje de cenizas:

Entre los componentes de las cenizas, son especialmente nocivos el Sodio y el Vanadio.6- Calor especfico:

Cp= 0,45 kcal/kg C.7- Porcentaje de Azufre:El Azufre es un elemento cuya presencia en los combustibles es perjudicial. Al quemarse produce anhidrido sulfuroso, que en presencia del vapor de agua y del oxgeno, pasa fcilmente a cido sulfrico. Este, a temperaturas suficientemente bajas, si llega a condensarse, ataca las partes metlicas de las calderas produciendo serias corrosiones. Hay que quemarlo a ms de 120C.CARBN

EL CARBN ES UN COMBUSTIBLE DE ORIGEN MINERAL. SON MUY AMPLIAS SUS VARIEDADES DE CONSTITUCIN, PROPIEDADES, ETC, Y ES MENESTER UN CONOCIMIENTO CLARO DE ELLAS PARA UTILIZARLO ADECUADAMENTE.No es fcil de quemar, PARA QUEMAR EFICAZMENTE LOS CARBONES CONVIENE CONOCER:1- Poder calorfico:

Cambia bastante con los distintos tipos, desde 8000 kcal/kg para una antracita, hasta 4000 kcal/kg para un lignito.2- Composicin qumica: se expresa en dos formas: -Anlisis sumario, que nos indica los elementos combustibles y no combustibles -Anlisis elemental, que nos indica los porcentajes de los cuerpos simples que la constituyen y que varan bastanteCarbono = 50 - 96Hidrgeno= 2 - 6Oxgeno = 2 - 40Nitrgeno = 0,5 - 3Azufre = 0,5 - 7Cenizas = 2 - 30Agua = 3 - 40

3- Clasificacin por tipos:

Antracita: Arde con llama azul y casi sin humo, no se ablanda ni aglomera al quemarse y tiene un alto poder calorfico. Se usa ms como combustible domstico.

Semiantracita: Es un grado inferior algo ms blando quema ms fcilmente que la antracita con llama ms larga y algo amarilla y algo de humo.Semibituminoso: Es el carbn de mayor poder calorfico, es de los ms solicitados. Arde bien y con poco humo.Bituminoso: Es el combustible ms abundante, quema con llama larga y amarilla produciendo mucho humo. Se usa extensamente en la industria en la fabricacin de gas manufacturado y como combustible para gasgenos. Tiene un buen poder calorfico.Sub-bituminoso: Arde con llama larga y mucho humo. Sufre mucho por la exposicin a la intemperie. Puede ser coquificable o no, aunque el coque es poco resistente y posee un poder calorfico algo ms bajo.

Lignito: Es un carbn de calidad inferior, arde con mucho humo, su bajo poder calorfico contribuye a que su transporte no sea conveniente.4- Dureza:

Vara siguiendo la escala de clasificaciones, la mxima es para la antracita y la mnima es para el lignito, se debe tener en cuenta para la determinacin del ndice de triturabilidad, que vara entre 40 y 50. 5- Contenido de Azufre:

Elevado porcentaje, ver FUEL OIL.6- Humedad:

Puede variar entre lmites amplios.7- Porcentaje de Cenizas.8- Coquificacin:El coque es el carbono fijo, que queda luego de destilar el carbn, eliminando los elementos voltiles. 9- Almacenaje:

El carbn es almacenado en pilas al exterior, en general sufre por la intemperie baja de calidad y algunos tipos se desintegran progresivamente. Existe adems el serio peligro de autocombustiones instantneas.GAS NATURALEl origen de este combustible son los pozos de los yacimientos petrolferos.

El gas es muy apreciado como combustible por:* su sencillez de manejo* posible de alcanzar alta eficiencia trmica* limpieza* falta total de cenizas* ausencia de azufre* bajo costo de instalacinEl gas se toma casi siempre de los gasoductos, y el consumo de las grandes centrales sirve muchas veces como pulmn de todo el sistema de distribucin.1- Poder calorfico:

Este valor vara de acuerdo a su procedencia (entre 9300 y 12300 kcal/Nm3). Se determina a travs de calormetro continuo.

Pcs= 30,4 CO + 30,5 H2+ 95,3CH4 + 153 C2H42- Composicin qumica:Est constituido principalmente por metano (CH4) y pequeos porcentajes de otros hidrocarburos aunque a veces contiene apreciables cantidades de CO2.

3- Densidad:El gas natural y el de refinera son ms livianos que el aire.4- Velocidad de ignicin:En los gases mezclados con aire la llama se propaga a velocidades variables segn las proporciones de la mezcla. 5- Condiciones explosivas:Para que se produzca una explosin es necesario que la proporcin de gas y aire est dentro de ciertos lmites. Abajo del lmite inferior (5%), no se produce explosin y pasando el lmite superior (14%), se produce una ignicin violenta, pero sin explosin.6- Formas de suministro:Principalmente se suministra a travs de redes, a una presin de 200 mm c.a. En algunas localidades se entrega a una presin de 1,5 a 2 atm, reduciendo la presin por medio de una vlvula reguladora.GAS OIL

EL GAS OIL ES UN PRODUCTO DE LAS TORRES DE DESTILACIN DEL PETROLEO A UNA TEMPERATURA DE 300 A 350C.

Hoy es, en su mayor parte, convertido en nafta (cracking), aunque se emplean considerables cantidades como combustibles domsticos y para la fabricacin de gas.CARACTERSTICAS A TENER EN CUENTA:1- Anlisis elemental del combustible:C =85%, H =13%, O =1,7%, S =0,3%.2- Poder calorfico: Pcs = 10650 a 11000 kcal/kg

Pci = 10150 a 10300 kcal/kg

3- Viscosidad:La viscosidad y la zona de ebullicin se encuentran en una zona intermedia entre el kerosene y los aceites lubricantes. La viscosidad cinemtica es aproximadamente igual a 5 cSt y el punto de inflamacin del orden de los 70C.4- Punto de escurrimiento:Este punto est definido por la temperatura en la cual el gas oil comienza a fluir. Invierno:5C. Verano: 5C.

5- Porcentaje de cenizas:En el caso de este combustible es nfimo en todas sus procedencias.6- Porcentaje de Azufre:

La proporcin vara del 0,7 a 1%. DIESEL OILEL DIESEL OIL ES UN PRODUCTO DE LAS TORRES DE DESTILACIN DEL PETROLEO. Es un combustible muy parecido al gas oil, pero de menor calidad que ste y de mayor viscosidad.

Quema mucho ms lentamente que el gas oil, razn por la cual se lo utiliza para motores Diesel lentos.

Pcs = 10780 kcal/kg

Pci = 10100 kcal/kgLa temperatura de inflamacin se produce entre los 90 y 110 C y la inflamacin espontnea a los 320C.CELULSICOSBAGAZO

Es un subproducto de la fabricacin del azcar.Contiene un porcentaje importante de materiales voltiles e impalpables.

El control de la combustin del Bagazo en el horno de un generador de vapor se hace sumamente difcil.

1- Poder calorfico: Pc = 1825 kcal/kg2- Composicin qumica: C = 45%

H2 =6%O2 = 46%

Cenizas =1,5 a 3%

3- Contenido de humedad:Como en todo combustible celulsico la humedad vara ampliamente, como residuo de la fabricacin del azcar esta variacin alcanza 45-55%.

4- Contenido de cenizas: Es bajo.CSCARAS

Como subproducto del aceite, ya sea proveniente del girasol del algodn, quedan como residuo las cscaras.

Temperaturas caractersticas:

Temp. de ablandamiento: 1190 C

Temp. de fusin: 1215 CTemp de licuacin: 1350CCOMBUSTINEl Modelo Esttico de anlisis slo tiene en cuenta el estado de los reactantes al principio y al final del proceso (productos), sus relaciones y las reacciones que se producen. No considera el orden de las reacciones ni los estados parciales que se manifiestan durante el desarrollo del fenmeno.

El Modelo Dinmico tiene en cuenta el orden en que reaccionan los elementos y la velocidad de la reaccin. Considera la velocidad de desplazamiento de cada partcula y de la combustin misma (frente de llama ).

La combustin es un fenmeno qumico en el cual ciertos elementos constitutivos de los combustibles se combinan con el oxgeno quedando liberadas importantes cantidades de calor.

Elementos IntervinientesElementos Activos: Carbono - Oxgeno - Hidrgeno - Azufre.

Elementos Inertes: Nitgeno.Elementos Nocivos: Azufre - Vanadio - Sodio.

Combustin Perfecta Terica

Es aquella en la cual todos los elementos activos se saturan totalmente y se realiza con el aire estequeomtrico.

No hay elementos activos en los productos finales por lo que la combustin perfecta es neutra desde este punto de vista.

Cx Hy + Ao CO2 + H2O + N2

Combustin Imperfecta

Es aquella que, realizada con sin exceso de aire, no se verifica la saturacin total de los elementos activos del combustible.

La combustin imperfecta puede acontecer por insuficiencia por una deficiente mezcla del aire ( an estando en exceso) con el combustible.

Cx + Hy + Ainsf. CO2 + H2O + CO + H2 + N2

Cx + Hy + Aexc. CO2 + H2O + CO + H2 + N2 + Aire.

Como se observa en ambos casos, en los productos finales aparece H2 motivo por el cual la combustin imperfecta es reductora.

Combustin Completa Es aquella en la cual los elementos activos del combustible se saturan totalmente pero se realiza siempre con exceso de aire.

Cx + Hy + Aexc. CO2 + H2O + N2 + O2

Como se observa, en los productos finales, queda oxgeno libre, por lo que la combustin completa es oxidante.

Combustin Incompleta Es aquella en la cual, an con existencia de exceso de aire, no todo el combustible reacciona , es decir, queda parte del mismo degradado.

Cx + Hy + Aexc. CO2 + H2O + N2 + Aire + Cn Hm .

Exceso de Aire . Sus razones.En la prctica siempre se trabaja con algn exceso de aire sobre el terico necesario. Con solo suministrar al combustible el aire estequiomtrico y, por buena que resulte la mezcla, siempre quedara luego de producida la combustin, combustible sin quemar y algo de oxgeno libre.

Por lo tanto, para asegurar la combustin completa, se aade cierto exceso de aire y en esa forma se asegura que, con una relativa abundancia de ste, todos los elementos activos del combustible encuentren el oxgeno necesario para saturarse por completo.

El exceso de aire a mantener debe ser el mnimo posible dado que:

1.- Absorbe calor que luego ser extrado con l por la chimenea.

2.- Cuanto mayor sea el exceso con el que se proyecte trabajar mayores debern ser las dimensiones del hogar donde se efecte la combustin del combustible.

Relaciones Aire - OxgenoEn PesoSon necesarios 4,31 kg de aire seco para tener 1 kg de oxgeno.En VolumenSon necesarios 4,76 NM3 de aire seco para tener 1 NM3 de oxgeno.Gases Secos Producto de la Combustin estequiomtrica.

Los gases secos estn constituidos por los productos de la combustin del carbono (CO, CO2 ); del azufre ( SO2 ) y el nitrgeno contenido en el aire utilizado ms el inherente contenido en la composicin elemental del combustible ( N2 ).Gases hmedos producto de la combustin estequiomtrica.

Los gases hmedos estn compuestos por el agua que se forma debido a la oxidacin del hidrgeno y el agua contenida en la composicin elemental del combustible.

Carbono:

Hidrgeno:

Humedad:

Cenizas:

Pcs:

Pci:

Cant. aprox. obtenida:

Algodn

40%

5%

13 - 14%

2,2%

4400 kcal/kg

3400 kcal/kg

285 kg semilla

Tn algodn

Girasol

37%

8%

12%

1,9%

4500 kcal/kg

3300 kcal/kg

310 kg semilla

Tn girasol