Combustibles

Clasificación de los combustibles

Podemos clasificar a los combustibles según su origen en comerciales y especiales.

Combustibles comerciales

Naturales o primarios

Sólidos

• carbón, madera, biomasa
• algunos metales (costo muy elevado)
• Uranio (elemento radiactivo que genera la fisión en un reactor nuclear)

Líquidos

• Petróleo y sus derivados

Gases

• Gas natural
• Gas licuado de petróleo (GLP)

Artificiales o secundarios

Sólidos

• coque (destilado de carbón de hulla)
• carbón vegetal (destilado de la madera a 250ºC)
• Aglomerado de hulla
• Biomasa residual (basura y residuos urbanos, estiércol, etc.)

Líquidos

• Alcoholes (destilados de la biomasa)
• Aceites de nafta y benzol (destilados de petróleo)

Gaseosos

• Destilados de madera
• Destilados de la hulla
• Destilados de naftas de petróleo

Combustibles especiales

Este tipo de combustibles generalmente se utilizan para impulsar cohetes o en usos militares.

Líquidos

• H₂ liquido + O₂ liquido
• Kerosene + O₂ liquido
• Dimetilhidracina [ NH₂-N(CH₃)₂] + N₂O₄

Sólidos

• Perclorato amónico ( NH₄ClO₄)
• Pólvora (NaNO₃ o KNO₃ ,+ S + C )

Se denomina combustible fósil al que proviene de restos orgánicos vegetales y animales y se extrae de la naturaleza. Ellos son el carbón, el petróleo y el gas natural. El petróleo es un combustible pero generalmente no se lo utiliza como tal directamente, sino que se lo caracteriza como una excelente materia prima para obtener, mediante su refinación y tratamiento, otras sustancias de mayor importancia industrial como los gases licuados de petróleo (GLP), naftas, gas-oil, fuel-oil, y otros productos.

Propiedades de los combustibles

Las propiedades más características de un combustible son las siguientes:

Composición

Conocer la composición de un combustible es muy importante para poder determinar los parámetros característicos estequiométricos de la reacción de combustión y conocer si en el existen sustancias que puedan tener importancia posterior en cuanto a la contaminación o nocividad de los productos de reacción.

La forma más común de indicar la composición de un combustible gaseoso es como porcentaje en volumen de cada uno de sus componentes en condiciones normales.

Para un combustible gaseoso tipo hidrocarburo, la fórmula general es :

C_mH_n + [(4m + n)/4]O₂ ....................... m CO₂ + (n/2) H₂O

y sus componentes mas habituales son :

CO₂ , CO , H₂ , O₂ , N₂ , SO₂ SH₂ y H₂O como vapor

Si X_i es la fracción molar, se expresara como:

[ X_i ] = Kmol del componente i / Kmol de combustible

y debe cumplirse que si el gas tiene p componentes

Para un combustible líquido o sólido, la forma mas común de indicar la composición es expresar la cantidad de C, H , S , N , O , H₂O y cenizas en porcentaje de masa referida a un kg de combustible.

 Si m_i es la masa del componente i se expresara como:

 [ m_i ] = kg del componente i / kg de combustible con cenizas

y deberá cumplirse que si hay p componentes

Esta expresión se denomina también composición en "base húmeda"

Para expresar la composición en base seca será:

siendo m_a la fracción másica del agua

Como ejemplo en la siguiente tabla se expresa la composición de un gas natural típico

Composición de un Gas Natural

i	Xi
N2	0.0071
CH4	0.8425
C2H6	0.1477
C3H8	0.0025
i C4H10	0.0001
n C4H10	0.0001

Poder Calorífico

El poder calorífico (PC) de un combustible es la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad empleada de combustible (Kg, Kmol, m³)

De acuerdo a como se expresa el estado del agua en los productos de reacción se puede dividir en:

Poder calorífico Superior (PCS):

Expresa la cantidad de calor que se desprende en la reacción completa de la unidad de combustible con el agua de los humos en forma líquida a 0 ºC y 1 atm.

Poder calorífico Inferior (PCI):

Expresa la cantidad de calor que se desprende en la reacción completa de la unidad de combustible con el agua de los humos en estado de vapor.

Viscosidad

La viscosidad tiene gran importancia en los combustibles líquidos a efectos de su almacenamiento y transporte. Su determinación es experimental y los valores típicos se encuentran tabulados para los distintos combustibles industriales líquidos.

Densidad

Generalmente se determina experimentalmente y para el caso de los combustibles gaseosos se utiliza la densidad relativa al aire. En la práctica es muy importante conocer este parámetro para saber si el gas combustible se acumula en el techo o en el suelo, en caso de una fuga en un local cerrado.

La densidad absoluta del aire en condiciones normales es de 1,293 kg/m3

Para los combustibles líquidos, en forma aproximada se puede utilizar la siguiente fórmula :

Densidad = 250 + 9,13 m_c + m_h expresada en kg / m3 a 15 ºC

donde m_c y m_h son las masas respectivas de carbono e hidrógeno.

También es muy frecuente emplear una unidad convencional llamada "G" que se mide en ºAPI y se calcula como

G = (141,5 / densidad) - 131,5 con la densidad en kg/ m3

Limite de inflamabilidad

Esta propiedad es característica a los combustibles gaseosos y establece la proporción de gas y aire necesaria para que se produzca la combustión, indicando un límite superior y uno inferior.

Ejemplo:

PROPANO Límite inferior: 2,4 % Limite superior: 9,5 %

Punto de inflamación

Para que una reacción de combustión se produzca, la mezcla de combustible y comburente debe alcanzar una temperatura mínima necesaria, que recibe el nombre de punto de inflamación.

El punto de inflamación depende del comburente, por lo que su valor no es el mismo si se utiliza oxígeno o aire.

Una vez iniciada la reacción, el calor mantendrá la temperatura por encima de la inflamación y la reacción continuara hasta agotarse el combustible.

Otra temperatura importante es la temperatura de combustión o de llama máxima, que se alcanza en la combustión. En la bibliografía especifica estos valores se encuentran tabulados :

Ejemplo

BUTANO

	Temp de Inflamación	Temp de combustión
en aire	420 ºC	1960 ºC
en oxígeno	280 ºC	2790 ºC