Combustión

Combustión

La combustión o la quema es la secuencia de reacciones químicas exotérmicas entre un combustible y un oxidante acompañado por la producción de calor y la conversión de especies químicas. La liberación de calor puede resultar en la producción de luz en forma de enrojecer o una llama. Combustibles de interés frecuentemente incluyen compuestos orgánicos (sobre todo hidrocarburos) en la fase de gas, líquido o sólido.

En una reacción completa de combustión, un compuesto reacciona con un elemento oxidante, como el oxígeno o el flúor, y los productos son compuestos de cada elemento en el combustible con el elemento oxidante.

Una combustión completa es casi imposible de lograr. En realidad, cuando las reacciones actuales de combustión llegan a un equilibrio, una variedad ancha de especies mayores y menores estará presente, como monóxido de carbono y carbono puro (hollín o cenizas). Además, cada combustión en aire atmosférico, que se compone de 48 por ciento de nitrógeno, también creará diferentes formas de óxidos de nitrógeno.

En una combustión completa el reactivo quema en oxígeno, produciendo un número limitado de productos. Cuando un hidrocarburo quema en oxígeno, la reacción solamente produce dióxido de carbono y agua. Cuando los elementos son quemados, los productos son principalmente los óxidos más comunes. Carbono producirá dióxido de carbono, nitrógeno producirá dióxido de nitrógeno, azufre producirá dióxido de azufre y hierro producirá óxido de hierro (III).

La combustión no es necesariamente favorable hasta el máximo grado de oxidación y puede ser dependiente de la temperatura. Por ejemplo, el trióxido de azufre no se produce cuantitativamente
 en la combustión de azufre. Los óxidos de nitrógeno se empieza a formar a partir de 2,800 °F (1,540 °C) y más óxidos de nitrógeno se produce con temperaturas más altas. Debajo de esta temperatura,  el nitrógeno molecular (N2) es favorecido. También es una función de exceso de oxígeno.

En la mayoría de las aplicaciones industriales e incendios, aire es la fuente de oxígeno (O2). En aire, cada molécula de oxígeno es mezclada con aproximadamente 3,76 moléculas de nitrógeno. Nitrógeno no toma parte en la combustión, pero con temperaturas altas una parte del nitrógeno se convertirá en Nox, normalmente dentro de 1% y 0.002% (2ppm). [2] Además, cuando hay una combustión incompleta, parte del carbono se convierte en monóxido de carbono.

Una combustión incompleta solamente ocurrirá cuando no hay suficiente oxígeno para que el combustible pueda reaccionar completamente y producir dióxido de carbono y agua. También pasa cuando la combustión es saciada por un disipador de calor como una superficie sólida o una trampa de llama.

Para la mayoría de los combustibles, como el gasóleo, el carbón o leña, el pirólisis ocurre antes de la combustión. En una combustión incompleta, los productos de pirólisis se quedan sin quemar y contaminan el humo con partículas y gases nocivos. Compuestos que son oxidados parcialmente también forman una preocupación; la oxidación parcial de etanol puede producir el dañoso acetaldehído, y el carbono puede producir el tóxico monóxido de carbono.

La calidad de la combustión puede ser mejorada con el diseño de dispositivos de combustión, como quemadores y motores de combustión interna. Otros mejoramientos se puede lograr con dispositivos catalíticos de poscombustión (como catalizadores) o por la simple vuelta parcial del gas de escape al proceso de combustión. Se requiere estos dispositivos por la legislación medioambiental de coches en la mayoría de los países, y puede ser necesario para dispositivos de combustión grande, como plantas de energía térmica, para llegar a las normas legales de emisión.

El grado de combustión se puede medir y analizar con equipos de comprobación. Los contratistas HVAC, bomberos e ingenieros utilizan los analizadores de combustión para comprobar la eficiencia de un quemador durante el proceso de la combustión. Además, la eficiencia de un motor de combustión interna se puede medir de esta manera, y algunos estados y municipalidades locales están utilizando el análisis de la combustión para determinar y evaluar la eficiencia de los vehículos de hoy en día.