La combustión es una reacción química que consiste en la oxidación violenta de un elemento con desprendimiento de calor y, generalmente, llamas.
En una combustión intervienen el combustible y el oxígeno como comburente.
Con el objeto de analizar este tipo de reacción es necesario distinguir entre tres distintos tipos de combustión, la denominada combustión perfecta, la incompleta y la completa.
1 Combustión perfecta
La combustión perfecta es la que se produce, teóricamente, de acuerdo a cantidades estequiométricas de combustible y comburente.
Este tipo de reacción sólo se puede lograr en un laboratorio y no se da en la práctica Industrial.
Un ejemplo de reacción perfecta sería el siguiente:
C + O2 -- CO2 + Q (cal)
12g C + 32g (O2) -- 44g (CO2)
Es decir que reaccionen completamente 12g de carbono con 32g de oxígeno para dar 44g de dióxido de carbono y desprender calor. Como se ve, en este caso, han reaccionado un átomo-gramo de carbono con una molécula de oxígeno para dar una molécula-gramo de dióxido de carbono, ello implicaría que hasta el último átomo de carbono ha reaccionado con la última molécula de oxígeno para dar una molécula de dióxido de carbono, lo cual es imposible en las reacciones de combustión industrial.
2 Combustión incompleta
Se llama así a la reacción en la cual no se quema todo el carbono del combustible dando dióxido de carbono, sino que reacciona para dar monóxido de carbono y en algunos casos queda C libre incandescente. Esta última situación se puede visualizar en la llama de color amarillo de un mechero Bunsen cuando el gas se quema con poco aire.
Esta reacción es exotérmica, pero la cantidad de calor desprendido es menor que en el caso de la combustión perfecta.
3 Combustión completa
La combustión completa es aquella en la cual todo el carbono del combustible reacciona con el oxígeno del comburente para dar dióxido de carbono. La reacción es similar a la de la combustión perfecta, con la diferencia que, para que ocurra, es necesario agregar una mayor cantidad de oxígeno (con el comburente) que la requerida de acuerdo al cálculo estequiométrico. Dicha cantidad en exceso (cuando se utiliza aire como comburente), se denomina “exceso de aire”.
Si un combustible reacciona en forma incompleta en una combustión, se puede perder hasta el 70 % del calor que es capaz de entregar dicho combustible de reaccionar en forma completa.
La puesta a punto de una combustión
La “puesta a punto de la combustión” se realiza en todas las operaciones industriales en las que tienen lugar procesos térmicos, hornos industriales, calderas, etc.
El objeto de la misma consiste en obtener del combustible utilizado el mejor rendimiento económico, es decir no desperdiciar el combustible utilizado.
La “puesta a punto de la combustión” es independiente del tipo de proceso realizado en el horno y de la temperatura requerida, se hace siempre con un objetivo económico, el de no malgastar combustible.
Ya hemos señalado que en la práctica industrial la combustión perfecta no se puede lograr, pero sí se puede producir la combustión completa, en la cual todo el carbono del combustible reacciona a dióxido de carbono con el oxígeno del comburente (generalmente aire) y entrega todas las calorías que es capaz de entregar. Para conseguir una combustión completa de forma óptima, debe suministrarse más aire que el teóricamente necesario al generador de calor.
La relación entre la cantidad actual de aire y el teóricamente necesario se llama exceso de aire λ (lambda). Lo que se pretende alcanzar es la máxima eficiencia con el menor exceso de aire posible, esto es cuando las proporciones de inquemados y las pérdidas por chimenea son mínimas.
Ahora bien, para que en un proceso térmico el combustible entregue el máximo de calorías que puede entregar, se debe agregar un exceso de aire, pero si el exceso de aire agregado es muy grande, el volumen de gases a calentarse es también grande, y por consiguiente la temperatura disminuye.
Por esto es necesario llegar a una solución que consiste en lograr que el combustible entregue todas las calorías posibles, pero al mismo tiempo que el exceso de aire no sea demasiado grande como para que disminuya la temperatura en el horno. Para conseguir esto se pone a punto la combustión.
Condiciones que deben cumplirse en los gases de combustión para lograr la
Puesta a punto de la combustión.
Para la puesta a punto de la combustión, las condiciones que deben cumplir los gases de combustión son dos:
1) que el porcentaje de CO tienda a 0
2) que el exceso de aire sea menor o igual al 30 %.
Cuando ambas se cumplen, diremos que la combustión está a punto.
(donde CO % -- 0 significa < 0,5 %)
Utilizando los dispositivos MHD ( Gas o Fuel), conseguiremos , con el mismo paso de aire, una elevación de la temperatura de la llama, obtenida por una mejor combinación del comburente con el combustible (evitando el exceso de aire), tendiendo así a una combustión completa.
La instalación de los equipos MHD gas/gasoil en una línea de combustible causa que la mezcla aire/combustible cambie.
En la mayoría de los casos, aumentar la entrada de aire regulará la eficiencia de combustión a un balance estequimoétrico correcto. Sin embargo, esto no dará al máximo beneficio del tratamiento con MHD debido a que el calor ganado sube por la chimenea. Al reducir la cantidad de combustible que entra, se restaura la temperatura de la chimenea y los niveles de O2 a los originales, lo que significará un gran ahorro de combustible.
Esto se logra reduciendo el tamaño del inyector o la presión del combustible. Generalmente una reducción del 10 al 15% de cualquiera de los dos parámetros es recomendado para la mayoría de aplicaciones. Al tomar las mediciones finales, un ajuste de los tamaños de las boquillas podría ser necesario para un ahorro continuo y permanente.
