Evaluación Cuantitativa de la Combustión
Ernesto Vidan Martínez
El proceso de combustión, como toda reacción química, transcurre con la mezcla de reactivos, en este caso de un elemento combustible y un comburente, en cantidades estequiometricas y cualquier exceso que se incluya de alguno de ellos formará parte de los productos resultantes de la reacción, mientras los elementos nuevos originados permanecerán en cantidades constantes.
Para conocer el modo que se comporta el proceso de la combustión contamos con el análisis de los gases que se producen, el cual ofrece el contenido relativo de los elementos que componen el gas, por eso el valor de cada uno de ellos dependerá del valor y la suma de todos los elementos, asi una lista de componentes tan íntimamente relacionados y dependiente uno del otro queda sujeta, a la hora de juzgar la eficacia del proceso, a la apreciación de quien la lea pudiendo por ello producir conclusiones parciales o hasta errores.
En la oxidación completa de un combustible, la masa de oxigeno consumido será constante y solo dependerá del contenido de elementos combustibles que esta sustancia posea. Durante la combustión incompleta también el O2 consumido puede ser índice del modo de realización la combustión, ya que el volumen total de gases no varía pues un volumen de O2 quemado forma un volumen de CO2 y el CO2 no formado se compensa con el O2 que no se consume.
La máxima aspiración que podemos llegar durante estos procesos es la completa combustión de los elementos combustibles (carbono, hidrogeno, azufre) de la forma mas eficiente, y el modo de comprobar que hemos estado lo mas cerca posible a ese punto es haciendo un análisis de los gases que se producen, pero al centrarnos en los efectos del proceso y no del proceso en sí, podríamos llegar a conclusiones erróneas, sino tenga en cuenta lo siguiente:
La combustión completa podemos obtenerla con cualquiera de estos resultados tan disimiles del análisis del gas:
El resultado 1 es preferible al 2, sin embargo ninguno de los dos nos dice que hemos obtenido la combustión completa, para comprobar eso tendríamos que consultar una tabla de combustión completa del combustible en cuestión. El exceso de aire suministrado ha variado los valores de todos los componentes de los gases resultantes aunque se sigue manteniendo en ambos la condición de quema completa del combustible. La eficiencia obtenida nos puede dar la clave y el resultado 2 es menos apreciado solamente por las pérdidas de calor sensible en los gases de salida.
Si los resultados fueran sin alcanzar la combustión completa tampoco nos dice dónde está la deficiencia, si en el mismo proceso de preparación y quema del combustible o en las pérdidas de calor sensible.
Todo esto se convierte en un problema a la hora de buscar soluciones para lograr mayor eficiencia y eliminar los elementos perturbadores, se requiere de un cúmulo de conocimientos y experiencia de estas técnicas para arribar, a partir del análisis del gas, a conclusiones satisfactoria.
Con el objetivo de eliminar el problema antes enunciados proponemos la evaluación de la combustión con la valorización del volumen del oxigeno quemado que aunque tiene como base los resultados del análisis de los gases es independiente a las variaciones de los otros componentes del gas y nos muestra cuantitativamente cómo se está produciendo la quema del combustible.
El volumen de oxigeno quemado viene dado por el volumen de oxigeno inyectado al proceso menos el volumen de oxigeno presentes en los gases, expresado como volumen a presión y temperatura normales, la formulación seria:
La ventaja principal de este método es que cualquier variación que se produzca en n se producirá también en el O2 proporcionalmente, manteniendo el coeficiente Oq constante para las mismas condiciones de marcha del proceso de combustión. Ahora demostraremos lo que hasta aquí dicho.
A partir del siguiente análisis de los gases, obtenido durante la combustión de un Fuel oil No.1
CO2 – 13%
CO – 6700 ppm
O2- 4 %
N2 – 82,3 %
Exceso de aire – 1,2
Valor del Coeficiente Oq – 2,08
calcularemos los posibles comportamientos con incrementos proporcionales del monóxido de carbono, como una evidencia del acrecentamiento de un defecto en el proceso de combustión productor del inquemado gaseoso.
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