Combustión

Combustión del metano con el oxígeno.

Por combustión (del latín combustio, -onis)[2]

Desde el punto de vista de la teoría clásica, la combustión se refiere a las reacciones de oxidación, que se producen de forma rápida, de materiales llamados combustibles, formados fundamentalmente por carbono (C) e hidrógeno (H) y en algunos casos por azufre (S), en presencia de oxígeno, denominado el comburente y con gran desprendimiento de calor.

Desde un punto de vista funcional, la combustión es el conjunto de procesos físico-químicos, por los cuales se libera controladamente parte de la energía interna del combustible( energía química) que se manifiesta al exterior bajo la forma de calor, para ser aprovechado dentro de un horno o una caldera[3] .

En adelante, todo se refiere a la teoría clásica. En la realidad, en lugar de oxígeno puro, la reacción se produce con presencia de aire, que normalmente, para simplificar los cálculos, se le considera con una composición en volumen; de 21% de Oxigeno y 79% de Nitrógeno.

Las reacciones que se producen son las siguientes:

KJ/kg de C
kJ/kg de H2
kJ/kg de S

Fases de la combustión

Las reacciones de combustión son en realidad mucho más complejas de lo que puede parecer, debido principalmente a la enorme rapidez con que se suceden las distintas etapas. Hasta la llama más simple es el resultado de muchas reacciones químicas casi simultáneas, cuyo estudio requiere la resolución de problemas de aerodinámica, de conducción de calor y de difusión molecular[4] . La teoría clásica simplifica todo este proceso atendiendo más al resultado final, que a la dinámica del proceso.

Los tres componentes indicados no se encuentran como componentes puros, sino que forman parte de un compuesto que generalmente conocemos como hidrocarburo. El proceso de combustión se realiza en tres fases:

  • En una primera fase se produce una prerreacción en la que los hidrocarburos se descomponen para reaccionar con el oxígeno, formando unos compuestos inestables que reciben el nombre de radicales.
  • La segunda fase es la de oxidación, en la cual se libera la mayor parte del calor.
  • En la tercera se completa la oxidación y se forman los productos estables que serán los componentes de los gases de combustión.

En la primera fase, los radicales formados son muy activos y enormemente inestables, de forma que se producen reacciones en cadena en la que estos evolucionan y desaparecen de una forma equilibrada. Cuando los radicales se forman a una velocidad superior a la que reaccionan posteriormente, su acumulación provoca una reacción masiva y violenta con el oxígeno que se conoce como explosión. La onda expansiva que se produce por la liberación súbita de energía, puede alcanzar velocidades de transmisión superiores a 2500 m/s y suele estar acompañada de una detonación. Cuando la velocidad de propagación es inferior a la del sonido, no hay explosión y la reacción súbita se conoce como deflagración.

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