Aire
Como ya se ha mencionado anteriormente, el comburente es el agente que aporta el oxigeno a una reacción de combustión y la fuente mas usual y económica de oxígeno disponible es el aire.
Si dos reactivos participan en una reacción y uno de ellos es considerablemente más costoso que el otro, es muy común que el reactivo más económico se utilice en exceso con respecto al reactivo mas caro. Esto se justifica a efecto de aumentar la conversión del reactivo más caro a expensas del costo del reactivo en exceso. En consecuencia, como el reactivo mas económico es el aire, que además es gratis, las reacciones de combustión se realizan invariablemente con más aire del que se necesita, para asegurarse en proporcionar oxigeno en cantidad estequiométrica al combustible.
Propiedades y definiciones
En el manejo de las ecuaciones de reacciones de combustión generalmente se emplean algunos conceptos importantes a saber:
Aire teórico o requerido
Es la cantidad de aire que contiene el oxígeno teórico
Oxígeno teórico
Son las moles (para un proceso intermitente) o la velocidad de flujo molar (para un proceso continuo) de oxigeno que se necesitan para efectuar la combustión completa del combustible en el reactor, suponiendo que todo el carbono del combustible se oxida para formar CO2 y todo el H2 se oxida para formar H2O.
Exceso de aire
Es la cantidad de aire en exceso con respecto al teórico o requerido para una combustión completa.
Para su cálculo pueden emplearse las siguientes expresiones equivalentes:
% de exceso de aire = (O2 que entra al proceso - O2 requerido/O2 requerido) x 100
% de exceso de aire = (O2 de exceso / O2 de entrada - O2 de exceso) x 100
Para los cálculos de aire teórico y aire en exceso deben tenerse en claro los siguientes conceptos:
· El aire teórico requerido para quemar una cierta cantidad de combustible no depende de la cantidad que realmente se quema. El combustible puede reaccionar parcialmente y puede quemarse parcialmente para formar CO y CO2 pero el aire teórico es aquel que se requeriría para reaccionar con todo el combustible para formar solo CO2
- El valor del porcentaje de aire en exceso depende solo del aire teórico y de la velocidad de alimentación de aire y no de cuanto O2 se consume en el reactor o bien de que la combustión sea completa o parcial.
Composición del aire
El aire atmosférico presenta la siguiente composición
componente |
% en volumen |
usual |
% en peso |
Usual |
|---|---|---|---|---|
| Nitrógeno | 78,03 |
79 |
75,45 |
76,8 |
| Oxígeno | 20,99 |
21 |
23,20 |
23,2 |
| Argón | 0,94 |
1,30 |
||
| CO2 | 0,03 |
0,05 |
||
| gases varios | 0,01 |
|||
| Peso molecular | Kg / Kgmol |
28,967 |
29 |
En la mayoría de los cálculos de combustión es aceptable utilizar esta composición simplificada a 79 % de N2 y 21 % de O2 en base molar.
Así un Kmol de aire contiene 0,21 Kmol de oxigeno y 0,79 Kmol de nitrógeno, siendo la relación de 79/21 = 3,76 Kmol de N2 / Kmol de O2 o también puede expresarse como la cantidad de 4,76 Kmol de aire / Kmol de oxigeno que equivale a la cantidad de aire necesaria para contener 1 Kmol de oxígeno.
Recordar y no confundir que estas relaciones son válidas únicamente para composiciones molares.
En términos de composiciones de masa o kilogramos, estas cantidades son diferentes: 1 kg de aire contiene 0,233 kg. de oxigeno y 0,766 kg. de nitrógeno y la cantidad de aire necesaria para contener 1 kg. de oxigeno es de 4,292 kg. de aire.
Composición en base seca o análisis de Orsat:
Es la composición de todos los gases que resultan del proceso de combustión sin incluir el vapor de agua.
Composición en base húmeda:
Es la composición de todos los gases que resultan del proceso de combustión incluyendo el vapor de agua.
La composición expresada mediante el Análisis de Orsat hace referencia a un tipo de aparato de análisis de gases denominado Orsat en el que los volúmenes de los gases respectivos se miden sobre y en equilibrio con agua.