Calor de la combustión

Se entiende por combustión a toda reacción química que va acompañada de gran desprendimiento de calor; puede ser sumamente lenta, de tal manera que el fenómeno no vaya acompañado de una elevación de temperatura sensible a los sentidos, como sucede en la oxidación del hierro en el aire húmedo. Fenómeno. Conocido como combustión lenta o eremacausia, o con desprendimiento de calor muy rápido, como la detonación.

En toda combustión, el elemento que arde se denomina combustible y el que produce la combustión, comburente. Una combustión es la reacción del oxígeno con diversas sustancias, en general el carbono y el hidrógeno.

En la mayoría de los casos el portador del oxígeno es el aire; el nitrógeno (salvo en la gene- ración de los NOx) y los demás componentes del aire no reaccionan con el combustible, por lo que en muchos cálculos no se tienen en cuenta. Los productos reaccionantes son: el combustible, el aire, los pro- ductos de la combustión gaseosos denominados humos o gases de escape y las cenizas que pueden originarse formadas por componentes no combustibles o no quemados del combustible (inquemados).

Los explosivos y ciertos combustibles no precisan aire para realizar la combustión, por cuanto el oxígeno necesario lo tienen ya químicamente ligado a ellos.

En el proceso de combustión, las sustancias que intervienen reaccionan químicamente y tienen que cumplir los siguientes principios:

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 Principio de Conservación de la Materia: de forma que conocidas las cantidades de combustible y de aire necesario para la combustión, sea posible hallar la cantidad resultante de productos de combustión.

 Primer Principio de la Termodinámica: por cuanto las reacciones químicas, y en particular las combustiones, son transformaciones energéticas.

 Segundo Principio de la Termodinámica: que permite obtener el rendimiento termodinámico de la transformación de energía el cual tiene lugar durante la reacción química, y conocer en qué dirección y proporción se desarrollará, (equilibrio químico).

Cualquier material que pueda quemarse para liberar energía recibe el nombre de combustible. A la reacción química durante la cual un combustible se oxida y se libera una gran cantidad de energía se le conoce como combustión. El oxidante empleado con más frecuencia en los procesos de combustión es el aire. El aire seco pude tener aproximadamente, 21 por ciento de oxígeno y 79 porciento de nitrógeno en números molares.

Durante el proceso de combustión los componentes que existen antes de la reacción reciben el nombre de reactivos, y los componentes que existen después de la reacción se denominan productos. Las ecuaciones químicas se balancean con base en el principio de la conservación de la masa, el cual establece que la masa total de cada elemento se conserva durante una reacción química. La relación entre la masa del aire y la masa de combustible durante el proceso de combustión, se denomina relación aire combustible AC:

AC=m aire/m comb

Donde:

m aire = (NM)aire

m combustible = sumatoria de (NiMi)combustible.

Un proceso de combustión es completo, si todo el carbono en el combustible se convierte en CO2, todo el hidrógeno en H2O y todo el azufre (si lo hubiere) en SO2. La cantidad mínima de aire necesaria para la combustión completa de un combustible se denomina aire estequiométrico o teórico. El aire también se conoce como la cantidad de aire químicamente correcta o 100 por ciento del aire teórico. El proceso de combustión ideal durante el cual el combustible se quema completamente con aire teórica se llama combustible estequiométrica o teórica de ese combustible. El aire remanente de la cantidad estequiometria se denomina exceso de aire. La cantidad de exceso de aire suele expresarse en términos de aire estequiométrico como exceso del aire porcentual o aire teórico porcentual.

Durante una reacción química, algunos enlaces químicos se rompen y otros se forman. Por ello, un proceso que incluye reacciones químicas implicará cambios en energías químicas. Debidas al cambio en la composición, es necesario contar con un estado de referencia estándar para todas las sustancias en el cual se estableció en 25 °C (77 °F) y 1 atm.

A la diferencia entre la entalpia de los productos en un estado específico y la entalpia de los reactivos en el mismo estado en una reacción completa, se denomina entalpia de reacción hR. En procesos de combustión, a la entalpia de reacción se le conoce como entalpia de combustión hc; que representa la cantidad de calor liberado durante el final del proceso de combustión de flujo

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estable, cuando 1 Kmol (o 1Kg) de combustible se quema completamente a una temperatura y presión especificadas.

La entalpia de una sustancia en un estado específica, debido a su composición química recibe el nombre de entalpia de formación hf. A la entalpia de formación de todos los elementos estables se les asigna un valor cero en el estado de referencia estándar de 25°C y 1 atm.

El poder calorífico de un combustible se ha definido como la cantidad de energía liberada, cuando un combustible se quema completamente en un proceso de flujo estable y los productos se regresan al estado de los reactivos. El poder calorífico de un combustible es igual al valor absoluto de la entalpia de combustión del combustible.