Los combustibles. Origen y clasificacinLa energa representa una relacin entre capital y trabajo. Si un sistema posee energa y podemos variarla, entonces podremos realizar directa o indirectamente un trabajo a su costa. La energa se define como la capacidad para realizar un trabajo.La energa se nos presenta de muchas formas. Los tipos de energa que existen son: Potencial Cintica Trmica Qumica Elctrica Nuclear Radiante Energa Potencial: Es aqulla que posee un cuerpo en funcin de su posicinEnerga Cintica: Es la debida al movimientoEnerga Trmica: Debida a la temperatura producida por la velocidad de las molculas de un cuerpo. Energa cintica de las molculasEnerga Qumica:Procede de la capacidad de los tomos para generar calor cuando se juntan o separanEnerga Elctrica: Procede de la capacidad de generar calor que presentan los electrones en movimientoEnerga Nuclear: Procede de la eliminacin de la totalidad o parte de la masa de las partculas atmicaEnerga Radiante:Se trata de una energa que est en transito en el espacio. Se emite cuando chocan dos electrones al cambiar al cambiar de rbita, o cuando los ncleos atmicos estn realizando una fusin o fisin nuclear.Todas las formas de energa pueden transformarse en otras, y en particular est el calor.Todal las formas energticas, excepto la radiante, necesitan la presencia de materia.Histricamente, una de las primeras formas de energa utilizadas por el hombre fueron el agua (ros) y el viento. Hoy en da, un estas dos formas de energa son muy importantes, pero existen otras.La primera forma de energa trmica utilizada fue el fuego. Se us en principio la madera. La madera se puede decir que fue el primer combustible utilizado por el hombre. Se le encontraron a esta forma de energa muchas aplicaciones: cocina, forja, alfarera,Hoy en da, las energa ms utilizadas, son: Energa Solar E. Elica E. Hidrulica Combustible Energa Solar La energa solar produce:La energa que el Sol transmite a laTierra llega en forma de energa electromagntica, a razn de 420109 Kw/aoEl problema que se nos presenta es transformar directamente la energa solar, debido a problema de apantallamiento (nubes), tiempo de exposicin solar, etcExisten adems otras fuentes de energa que tienen origen diferente al del Sol: Energa Geotrmica: Es debida al calor que irradia el ncleo terrestre Energa Maremotriz: Se origina aprovechando el movimiento del mar por la diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar Energa de las Olas: Es la que utiliza la fuerza de avance de las olas del mar Energa Nuclear: Es la que se libera en un reaccin nuclear (fusin o fisin) o en una desintegracin nuclear Energa qumica: La que se produce en una reaccin qumica Estas energa representan una mnima parte de las que usa el hombre, aunque poseen un gran potencial en generalEnerga tiEs aquella forma de energa que va a proporcionar un mayor rendimiento para el uso al cual la destinamosLas fuentes ms comunes de energa til en la sociedad actual son la electricidad y el calor. Por una parte, la electricidad est generada por combustibles, viento, mareas. El calor es generado por la electricidad, por los combustibles o directamente por el sol.La mayora de las energa provienen, de una u otra manera, del sol. Veamos: Energa elica: El viento se origina por cambios en la densidad del aire debido a su calentamiento por accin del sol. Energa Hidrulica: El ciclo hidrolgico, que es al fin y al cabo el generador de la energa hidrulico es movido por energa solar Combustible: Los combustibles fsiles no son ms que restos de vegetales fosilizados. Estos vegetales se haban formado debido a la reaccin de fotosntesis, que es endotrmica y necesita de la energa del sol para poderse llevar a cabo Clasificacin de la energa segn su procedenciaSegn este criterio la energa se clasifica en primaria y secundaria.Energa primaria: Es la que est presente en las formas habituales (carbn, petrleo, uranio,..) antes de su conversin para uso final. Es pues la energa fsil, nuclear, hidrulica,El resto de las energa primarias no son significativamente importantes desde el punto de vista industrial y de su rentabilidad y rendimientoEnerga Secundaria: Es aquella que proviene de la transformacin de una fuente de energa primaria. Las fuentes de energa secundaria son Los combustibles slidos y lquidos Gas natural Electricidad Para poder comparar los diferentes tipos de energa para una planificacin energtica adecuada, por ejemplo, se han definido dos `unidades: el TEC (Tonelada equivalente de carbn) y el TEP (Tonelada equivalente de petrleo)Los balances de energa se realizan sobre energa primariasCombustiblesEl combustible es toda aquella sustancia que sea capaz de arder. Por lo tanto se debe de poder combinar con el oxgeno de manera rpida. Adems, en el transcurso de la reaccin, se va a desprender una gran cantidad de calor.Por otra parte, el combustible industrial es toda aquella sustancia capaz de arder, siempre que en esa reaccin no sea necesario realizar un proceso complicado y caro, y que adems el combustible no sirva para algo ms rentable o noble.Estos combustibles se caracterizan por ser mezclas o combinaciones de pocos elementos, en general. La mayor parte de un combustible industrial lo constituyen los elementos combustibles, es decir, carbono, hidrgeno y azufre. El resto son considerados impurezas. Las impurezas siempre originan problemas tecnolgicos, y por lo tanto econmicos.Caractersticas de un combustible industrialLas caractersticas de un combustible, y en particular las de un industrial, son las que nos van a determinar la posibilidad de utilizar esa sustancia en un momento determinado. Como se puede uno imaginar, una de las propiedades que ms interesa de un combustible es su poder calorfico.Poder Calorfico: Cantidad de calor generado al quemar una unidad de masa del material considerado como combustible. El poder calorfico est relacionado con la naturaleza del producto. Existen varias unidades para esta propiedad:Kcal/Kg Kcal/m3 Kcal/mol Kcal/lEn los combustibles slido se emplea el Kcal/Kg Kcal/molEn los combustibles lquidos se emplea el Kcal/mol Kcal/lEn los combustibles gaseosos se emplea el Kcal/m3 Kcal/molExisten dos clases de poder calorfico: el Poder Calorfico Inferior (PCI) y el Poder Calorfico Superior (PCS)PCS: Es el poder calorfico total. Es la cantidad de calor desprendidad en la combustin de un Kg de combustible cuando se incluye el calor de condensacin del agua que se desprende en la combustinPCI: Es el poder calorfico neto. Es el calor desprendido en la combustin de 1 Kg de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustin no condensa.Cuando el combustible no tiene H, entonces no es posible la formacin de agua y esto implicar que PCS=PCIEs posible determinar el poder calorfico a partir de la composicin de la sustancia, en concreto, a partir del porcentaje en agua e hidrgeno, mediante la siguiente frmula:PCI=PCS-(6a+54H)siendoa: % H2O en el combustibleH: % H2 en el combustibleAmbos tantos por ciento expresados en pesoPara determinar el poder calorfico de una sustancia se puede hacer directamente o tericamente:a. DIRECTAMENTE: Por medio del calormetro y ayudados de una comba calorimtrica, teniendo en cuanta adems que el calor cedido va a ser igual al calor absorbido. b. TERICAMENTE: Aplicando la ley HESS (calores de reaccin en una reaccin qumica). Un proceso de combustin no es ms que una reaccin qumica: Qreact = Hreact Hproductos Poder CalorficoLa ley de Hess dice que se pueden usar ecuaciones ms sencillas que se puedan combinar posteriormente linealmente para dar la ecuacin final con el fin de calcular de una manera ms fcil los calores de reaccin. Este procedimiento sirve para combustibles sencillos para los que se conoce la composicinContinuamos ahora con otras propiedades de los combustibles:Temperatura de Combustin: La temperatura de combustin va a aumentar con el poder calorfico y con la cantidad de residuos y productos que se generen en la combustin.Residuos de Combustin: Es lo que no arde en un combustible. Son de dos clases, segn la fase en la cual se encuentren: Gaseosos: Estn en el seno de los humos o gases que se desprenden de los combustibles Slidos: Cenizas o escorias La combustin se realiza normalmente en la fase gaseosa.Las cenizas o escorias de un combustible est formado por la parte orgnica de un combustible. Son perjudiciales tanto por su naturaleza como por su cantidad. Por su naturaleza: Porque pueden atacar el hogar o caldera o porque pueden contaminar el producto de coccin Por su cantidad: Entorpece el desarrollo normal de la combustin. Hay que limpiar con ms frecuencia el hogar y hay que pagar adems por eliminar y transportar las escorias. Clasificacin de los combustiblesLos combustibles se pueden clasificar segn su origen, grado de preparacin, estado de agregacin.Origen: Fsiles: Proceden de la fermentacin de los seres vivos No fsiles: El resto Grado de Preparacin: Naturales: Se utilizan tal y como aparecen en su origen Elaborados: Antes de ser consumidos se someten a determinados procesos de transformacin Estado de Agregacin: Slidos: Se encuentran en tal estado en la naturaleza o una vez transformados. Por ejemplo, la madera, el carbn.. Lquidos: Cualquier lquido que pueda ser usado como combustible y que pueda ser vertido y bombeado Gaseosos: Se encuentran en estado gaseoso. Se incluye el gas natural y todas sus variedades. Tambin el gas de carbn, de petrleo, de altos hornos, gas ciudad y diversas mezclas.Combustibles slidosOrigen y ClasificacinEl origen de los combustibles slidos es ciertamente remoto. Desde el descubrimiento del fuego el hombre los viene utilizando entre otros fines, por ejemplo, para alimentar ese fuego o fuente de calor ms concretamente tan necesaria en tantos procesos.Los combustibles slidos naturales son principalmente la lea, el carbn, y los residuos agrcolas de diverso origen.Los combustibles slidos artificiales son los aglomerados o briquetas, alcoque de petrleo y de carbn y carbn vegetal.Los aglomerados o briquetas son transformados a partir de los combustibles slidos naturales. Las briquetas se obtienen aglomerando grano menudo y polvo de carbn.Los combustibles slidos artificiales son el resultado de procesos de pirogenacin a que sometemos los combustibles slidos naturales. La pirogenacin es un proceso mediante el cual, aplicando calor sin contacto con aire, obtenemos los combustibles slidos artificales (por ejemplo, en las carboneras).La madera se ha empleado como combustibles slidos desde que se descubri el fuego. Hasta mediados del S. XVIII era prcticamente el nico combustible utilizado. El desarrollo industrial fue el que propici el uso de otros combustibles ms eficientes y potentes, como por ejemplo el carbnMaderaComposicin La madera est compuesta por fibras leosas, nitrgeno, savia y agua. El nitrgeno forma parte de la estructura vegetal de la madera. La savia es una disolucin acuosa con sales inorgnicas, azcares, celulosas,.. El agua es el prinicipal componente no inflamable de la madera.En invierno es cuando la madera contiene menos agua. El porcentajes de las cenizas o residuos de la combustin es pequeo. Suelen contener fosfatos, silicatos, carbonatos, Na, K, Fe Mg, Mn.El proceso de formacin de la madera es un proceso endotrmico (reaccin de la vida). Su temperatura de inflamacin se situa por los 250-300C. Arde con llama larga. Las unidades de medicin son: Metro Cbico: Masa de madera maciza que llena 1 m3 Estreo: Cantidad de lea partida y apilada que llena el volumen aparente de 1 m3. Clasificacin de las maderas.- Atendiendo al peso especfico y a la resistencia que presenten se pueden clasificar en: Duras: Peso especfico mnimo de 0,55. Proceden de rboles con hoja ancha, como pueden ser el manzano, peral, cerezo, nogal, roble, haya Blandas: Peso especfico menor de 0,55. Son el pino, abeto, tiloComposicin qumica del carbnEl carbn es un combustible fsil slido, en el que intervinieron en su formacin un proceso de descomposicin de vegetales. Para su formacin intervienen sobre todo los cidos hmicos. Potoni considera que los carbones se pueden clasificar en Sapropelitos o rocas de fermentacin ptrida Rocas Hmicas: Debidas a la descomposicin de las plantas Liptobiolitos La lignina parece ser, hoy por hoy, la responsable de la formacin de los carbones. En el proceso de formacin del carbn, las plantas sufren la putrefaccin. La celulosa es atacada por bacterias. La celulosa, como se sabe, es un compuesto hidrocarbonado, que se descompone en diversos productos. La lignina, sin embargo, solo se descompone en cidos hmicos. La lignina posee una estructura aromtica que no se perder en su descomposicin.Los componentes fundamentales del carbono son: Combinaciones Hidrogenadas Combinaciones oxigenadas Combinaciones nitrogenadas Combinaciones sulfuradas Todas estas combinaciones tienen la particularidad que el carbono se presenta en ellas formando una estructura bencnica (anillos).En cuanto a los yacimientos carbonferos podemos decir que se pueden clasificar en dos tipos: Autctonos: El carbn se ha formado en el mismo lugar en el que se han depositado los restos vegetales de los cuales procede. A este tipo responden la mayor parte de los yacimientos Alctonos: Los restos vegetales de los cuales procede el carbn han sido arrastrados por los ros, por las mareas, han sufridos las transformaciones y posteriormente se forma el depsito carbonfero. Es decir, el depsito o yacimiento se va a formar lejos del lugar donde crecieron los vegetales. Un carbn est compuesto por carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, azufre, agua. Tambien puede tener componentes inorgnicas que proceden de diferentes lugares. Estos componentes inorgnicos nos van a dar lugar a las cenizas tras la combustin. Todos los elementos que forman el carbn pueden alterar las caractersticas del combustible, beneficindolos o perjudicndolos. Por ejemplo, la humedad y las cenizas no modifican las cualidad intrnsecas del combustibles, pero van a modificar el poder calorfico y la inflamabilidad.La humedad de un carbn disminuye el PCI. Aumenta adems el volumen de gases de combustin, disminuyendo de este modo el rendimiento del combustible.Las cenizas no sufren combustin, pero forman xidos en las escorias, lo que puede impedir el contacto con el aire, atacan la instalacin, apantallan el proceso, Un dato importante sobre las cenizas es su punto de fusin. Si se alcanza esta temperatura, las cenizas fundidas se escurren por la parrilla y pueden provocar grandes daos en la instalacinSe denomina valor de un combustible a la relacin entre el contenido de carbono y el contenido en hidrgeno (C/H). Cuanto mayor sea esta relacin, mayor ser su valor. Adems, el valor vaa disminuir con la aparicin de oxgeno, azufre, agua (humedad), cenizas,La formacin del carbn, y por tanto, su composicin vienen dadas por la reaccin de la vida. Adems de los tejidos vegetales fosilizados que existan en el carbn, tambin pueden aparecer tejidos animales.Los principales elementos que forman las plantas son Hidratos de Carbono: Estn presentes sobre todo en las celulosas (armazn), almidn (reserva alimenticia) y pentosanas Lignina: Une las fibras de las celulosas. Son polmeros de naturaleza aromtica. No se conoce la composicin con exactitud. Acompaa a las celulosas en un porcentaje del 20-30% Lignanos: Posee una estructura y comportamiento parecido al que presentan las ligninas. El proceso de fosilizacin tambin es parecido al de las ligninas. Protenas: Son compuestos derivados de los aminocidos. Por ejemplo, la clorofila. Estn formados por C, H, O, N. Compuestos Nitrogenados: Principalmente est el ATP, que funciona como reserva energtica Alcaloides: Entran en poca proporcin. Se parece a las celulosas en cuanto a comportamiento Adems de todos los compuestos citados, se presentan tambin en el carbn resinas, grasas, ceras, terpenos, Estos compuestos son muy resistentes a las transformaciones que se producen en el proceso de fosilizacin.Teora sobre la carbonificacin de las plantasSe defina el carbn como una masa compacta estratificada de restos vegetales momificados intercalados con materia inorgnica y cubierta por rocas sedimentarias.Para explicar la carbonificacin de las plantas y formacin del carbn se formularon a lo largo de la historia diversas teoras.Stodnikoff, estudiando plantas de los Urales, vio que contenan un 37,7% de lignina y solo un 15,5% de celulosa. Bergius realiz trabajos sobre la celulosa como formadora del carbn. Mailland, en 1911, demostr que los azcares se podan transformar en sustancias hmicas con la accin de aminocidos. Estableci la hiptesis de que la celulosa y la lignina se desarrollaban a al par. Pero en 1922, Fisher y Schrader, que se oponan a la teora de que la celulosa era la principal formadora del carbn, establecieron que el agente principal de su formacin era la lignina, formulando la teora de la lignina. Se intent demostrar que la lignina, en condiciones pantanosas desapareca totalmente y se transformaba en productos solubles en agua y gases (CO2, CH4), de modo que tena que ser la lignina la responsable de la formacin de los carbones.Fases de formacin del carbnExisten dos fases en la formacin del carbn:a. Fase Biolgica (o de White) b. Fase Geolgica (metamrfica) Los agentes de la transformacin qumica de la materia vegetal van a ser las bacterias, la temperatura , el tiempo y la presin.Las bacterias son los principales agentes de descomposicin. Actan fundamentalmente de dos maneras Aerbia Anaerobia La actuacin aerobia es la actuacin oxidante, mientras que la actuacin anaerobia es la reductora. Las aerobias van a ser las primeras en actuar. Lo hacen cerca de la superficie. Necesitan del oxgeno para funciones. Cuando ya no queda oxgeno es cuando pasan a la accin las bacterias anaerobias, terminando las transformaciones empezadas por las aerobias. Este tipo de bacterias actuar hasta que el depsito se cubre de una capa sedimentaria imperbeable.La temperatura, el tiempo y la presin tambin actan, sobre todo cuando la actividad bacteriana ha cesado. La temperatura aumenta al ir acercndonos al ncleo terrestre. La temperatura suele favorecer la cintica de la reaccin. El tiempo a su vez es necesario por la velocidad de reaccin. La presin tambin influye y ayuda a estratificar y favorecer cierto tipo de reacciones. En esto tienen que ver tambin los plegamientos.Pasamos ahora a estudiar separadamente las dos fases de la formacin del carbn: FASE BIOLGICA: Surge cuando tenemos grandes masas y estas quedan anegadas. Actan aqu algas y hongos. Se produce entonces la fermentacin aerobia. Otros organismos y animales se aaden a su vez a la masa en descomposicin. Predominana en esta masa las ligninas, resinas y cidos grasos. En menos proporcin va a haber aminas y fenoles (de la descomposicin de los azcares.Podemos distinguir aqu dos fasesFase IFermentacin aerobia. Se forma la turbera. La masa vegetal est en contacto con el oxgeno. Las reacciones son de oxidacin o hidrlisis. El pH es ligeramente cidoFase IIFermentacin anaerobia. Actan las bacterias (respiracin intramolecular). Se destruyen las estructuras moleculares para tomar de este modo oxgeno. Se producen reacciones de hidrlisis y reduccin. El pH es aproximadamente neutro.Fase geolgica o metamrficaTiene lugar en la materia vegetal sobre la que se han ido depositando ciertos elementos arrastrados por los agentes geolgicos (arcillas, arenas,) Esto hace que la masa vegetal se vaya progresivamente enterrando. Llegar un momento en que el enterramiento es tal (40 cms) que los organismo vivos dejarn de actuar. Hay ahora una cierta masa de materia hmica junto con un 90% de agua. Es en este momento cuando entre en juego los factres geolgicos.Grado de carbonificacin. Clasificacin de los combustibles slidosLos lignitos son unos carbones inmaturos con un porcentaje entre la turba y los bituminosos. Podemos clasificarlos por:i) Su formacin: Lignitos Hmicos: Compuestos hmicos menos modificados que las hullas Sapropelitos: Carbonificacin de grasa y albminas de animales y vegetales inferiores (algas) Liptobiolitos: Constituidos sobre todo, y a veces con exclusividad, de ceras naturales. ii) Por sus caractersticas tecnolgicas: Pardos: Carbones terosos o xiloides con humedad de hasta el 60%. Se ve que casi es madera. Negros. Son duros (azabache) HullasSon los carbones que poseen el siguiente grado de carbonificacin a los lignitos. La hullas son carbones que presentan un inters mayor que los anteriores porque nos pueden aportar ms energa que los anteriores. El poder calorfico oscila entre las 7500-8000 kcal/kg, refirindolas a materias secas. Se formaron en 3 pocas diferentes del periodo carbonfero. Dinantiense Estafaniense Westfaliense AntracitaEs el carbn que tiene un mayor poder calorfico. Es el ms duro y ms denso. Se emple para procesos de gasificacin directa, y algn tipo de aplicacin metalrgica de baja capacidad. Las epocas de carbonificacin son: Estefaniense WestfaliensePetrografa del carbnComponentes litolgicos del carbnEl carbn es una roca sedimentaria, no homognea, que tiene una serie de vetas superpuestas. Podemos apreciar unos constituyentes litolgicos que son distintos entre s. En una misma veta carbonfera se pueden presentar distintas propiedades que son funcin de las masas de restos vegetales y animales que se hayan depositado y transformado, as como de los cambios de composicin qumica.FundamentosA simple vista se pueden diferenciar diferentes partes del carbn. En 1859 Dawson elabor una teora en la que deca que el carbn proceda de distintas partes de las plantas. Posteriormente, Muclc intent denominar las partes que se apreciaban en una hulla, distintguiendo las siguientes partes: Carbn brillante (Glanz Kohle) Carbn mate (Matt kohle) Carbn fibroso (Faser kohle) Posteriormente fue FAYOL el que estuiando estos tres compuestos de la hulla apreci las siguientes partes: Hulla brillante laminar Hulla foliar Hulla granular Fuseno El gran reto era unificar las nomenclaturas para as poder clasificar de una manera uniforme los carbonesNomenclaturaSTOPES y THIESSEN publicaron unos trabajos sobre los componentes de los carbones. A la nomenclatura ideada por Stopes tambin se la denomina europea, mientras que a la de Thiessen se le llama americana.Nomenclatura de StopesLos componenetes del carbn se llaman litotipos, y stopes les da 4 nombres: Vitreno Clareno Dureno Fuseno Nomenclatura de ThiessenLos nombres que les da Thiessen a los litotipos son: Antraxylon Attritus Fuseno Si comparamos una nomenclatura con la otra llegamos a la conlclusin de que se parecen ms bien poco. Esto es debido a que el carbn es una masa heterognea que depende de su procedencia. Fue en los congresos de Herleen, en 1957, cuando se tomo la decisin de unificar las nomenclaturas. Se nombr para ello una comisin para que elaborara unas fichas con denominaciones de los carbonesPetrografa y petrologa del carbnLa petrografa es la parte de la Historia Natural que se ocupa del estudio de las rocas. Forma parte de la Geologa. Se ocupa no solo de la composicin qumica y mineralgica, sino que tambin se ocupa de qu estructura presentan esas rocas, as como su clasificacin.La petrologa se ocupa del estudio de los compuestos minerales individuales de una masa mineral (roca o carbn) por medios visuales.Si queremos hacer un anlisis qumico de una roca tendremos que atacar una parte de esa roca con un reactivo adecuado para solubilizarla y as poder saber su composicin qumica. La muestra de roca se destruye en el proceso.En 1920 se empez a desarrollar la petrologa y la petrografa del carbn. Es sta, como veremos, una ciencia muy til.TerminologaLitotipo: Componentes macroscpico del carbn. Es el equivalente al componente bandeado y recibe el nombre de vitrain, clarain, durain, furain, en la nomenclatura de Stopes.Maceral: Son los constituyentes qumicos individuales de la roca, que son identificados por medios microscpicos o qumico como componentes de un litotipo. La terminologa es igual que la de los litotipos aadindole el sufico -inita (vitrinita, clarinita, fusinita,...)En un primer momento se consideraba que existan 3 tipos de macerales, que eran: vitrinita, exinita o liptinita, inertinita. Sin embargo, se encontraron que existan distintos grupos de macerale, ya que para poder explicar lo que ocurra experimentalmente era necesario admitir que habia grupos de macerales contituidos por macerales. Se intentaba encontrar la estructura del carbn, pero esto no fue posible, por lo que se lleg a la conclusin de que no haba una estructura qumica definida para el carbn; esto es as porque el carbn es qumicamente heterogno.Se intent unificar a los macerales por unas propiedades petrogrficas, que son: morfologa, color, poder reflectante, anisotropa, densidad, microdureza y relieve. Lo que les dio esta clasificaci fue el propio agrupamiento de los maceralesMicrolitotipo: Es una asociacin de macerales existentes en una banda de carbn de 50 micrones de anchura mxima, que presentan propiedades anlogas en ciertas tecnologas. La terminologa es la del litotipo, pero acabada en -ita.La tecnologa del carbn se refiere a la hidrogenacin, la facilidad de combustin; en esto va a influir mucho la composicin petrogrfica del carbn.Los microlitotipos van a agrupar a macerales que tienen propiedades anlogas.Dentro de la petrologa del carbn tenemos las inclusiones minerales en las hullas, que son mezclas ntimas de minerales y microlitotipos que tienen un nombre concreto siempre que la densidad de la mezcla sea menor que 2. Esto nos aumentar las cenizas, por eso cuando estn inclusiones superan ese 2 de densidad se consideran como material estril y por eso no tiene importancia ponerle un nombre.Las inclusiones ms importantes son:1) Carbargilita: Es una asociacin entre microlitotipos y minerales arcillosos y cuarzo con granos de 1 a 3 micras. Los minerales pueden suponer de un 20 a un 60% del volumen total.2) Carbankerita: Asociacin de microlitotipos y carbonatos con granulometra de hasta 30 micras. Pueden existir piritas (hasta un 5% del volumen) y minerales arcillosos y cuarzo (hasta el 20%). El volumen total est comprendido entre el 20 y el 60% del volumen total.3) Carbopirita. Asociacin de microlitotipos con el 5 al 20% de sulfuro de hierro. Se admiten que existan hasta un 20% adicional de minerales arcillosos, cuarzo o carbonatos.Anlisis del carbnEl anlisis del carbn incluye las siguientes etapas:1. Anlisis Petrogrfico 2. Anlisis inmediato 3. Anlisis ltimo o elemental 4. Anlisis de las cenizas 5. Determinacin de trazas 1.Anlisis petrogrficoSe trata de un estudio microscpico, de los tipos de rocas que constituyen el carbn. Se utilian principalmente de dos tipos:De secciones o lminas delgadasConsiste en cortar una seccin muy fina de la masa carbonosa que queremos estudiar y observarla a travs de un microscopio petrogrficoDe superficies pulidasConsiste en pulir la superficie de una masa carbonosa y observarla con un microscopio de tipo metalogrficoEn ambos casos, la muestra puede o no atacarse con reactivos.Si cortamos una rodaja muy fina estamos perdiendo componentes voltiles. No se podra utilizar el anlisis a) para carbones poco duros y con componentes pequeos, como puede ser la turba.Con estos anlisis podemos determinar sus propiedades tecnolgicas, pero tambin nos sirven estos anlisis para identificar los componentes del carbn y poder as clasificarlos.Para efectuar una cuantificacin ser necesario utilizar un microscopio provisto de un micrmetro.Los procedimiento a) y b) son tcnicas que llevan el nombre de sus investigadores. Cuando estemos estudiando un proceso de coquizacin, habr que utilizar este anlisis.2. Anlisis inmediatoConsiste en determinar el contenido en humedad (H), materias no combustibles (cenizas, CZ), carbono fijo (CF) y materias voltiles (MV). Se debe cumplir la siguiente relacin:H+CZ+CF = 100%3. Anlisis ltimo o elementalPermite determinar el contenido de cada uno de los elementos fundamentales que se encuentran en el carbono, es decir, C, H, O, N, S4. Anlisis de las cenizasLas cenizas es la parte incombustible del carbn, que procede de la materia mineral de la masa vegetal.Nos proporciona una idea de que tipo de minerales formaban parte del carbn: SiO2 (silicatos), Al (aluminosilicatos), CO32- (carbonatos), S2-(sulfuros), SO42- (sulfatos), Na, Mg, K, Ca, Pb, Ca, P.5. Determinacin de trazasLas trazas son elementos que se encuentra en contenidos muy pequeos, del orden de p.p.b. (parts per billion = 1/109)Las tcnicas consisten en detectar una serie de elementos que pueden estar en concentraciones muy pequeas, y que si no se detectan pueden causar, a veces, problemas realmente graves.Las tcnicas anlticas a emplear son ms sofisticadas y ms caras: rayos X, espectroscopa de masas,...Sistemas de Clasificacin del CarbnEstos sistemas indican algo que se va a pedir a ese carbn. Un buen sistema de clasificacin ha de reunir las siguientes caractersticas: Calsificar los carbones que sea capaz de decir que tipo de carbn tiene un uso mejor que pueda predecir una propiedad de un carbn que no se conozca que hayan sido evaluados sus parmetros que sea sencillo de usas que sea legible que sea fcil de memorizar que incluya carbones simples: verdes y lavados que contemple la evaluacin potencial de los problemas ambientales En un primer momento, los sistemas de clasificacin de basaban en el anlisis ltimo o elemental, pero han ido evolucionando segn se refleja en el siguientes esquema:1.- Anlisis ltimo o elemental: Renault (1839) FrancsGrner (1879) AlemnEste ltimo fue modificado por Seyler (1900-1957) (UK)2.- Anlisis inmediato: * USA ASTM D-388* R.U. NCB BS33233.- Internaciones : a) carbones durosb) nueva clasificacin internacional para carbones duros4.- Internacionales modificados. Clasificacin australiana de carbones duros.Preparacin del carbnLa preparacin del carbn consiste en toda una serie de operaciones que son necesarias efectuar con el carbon desde que se extrae hasta ser usado en proceso tecnolgico.Preparacin del carbnEl carbn sacado de la mina recibe el nombre de carbn de bocamina. El carbn as obtenido tiene tamaos muy heterogneos, dependiendo esto de muchos factores. Este carbn es necesario clasificarlo por calidades y tamaos. Habr que definir muy bien los lmites de las calidades y los tamaos requeridos para la aplicacin a la que se va a destinar ese carbn. Es decir, se trata de hacer una clasificacin lo ms minuciosa posible del carbn para as darle los diferentes usos y aplicaciones que posee. Y para todo este es para lo que se hace la preparacin del carbn.El proceso de preparacin del carbn incluye 7 etapas:1. Separacin de los tipos del carbn por el aspecto del mismo 2. Tamizado o clasificacin por tamao de partcula 3. Escogido a mano 4. Trituracin y quebrantamiento 5. Lavado Mecnico 6. Secado 7. Mezclado de carbones 1. Separacin por aspectoEs aplicable siempre que existan vetas bien definidas en la veta carbonfera. El picador es el que selecciona para que se pueda efectuar de este modo la separacin.2. TamizadoSe usan tamices para poder clasificar los carbones por tamao de partcula. Los tamices son placas cuadradas con cuadrculas de diferentes tamaos (luz de malla). Esto es lo que hace posible seleccionar los tamaos. Las tamices que se emplean a nivel industrial pueden ser cilndricos o de tambor, oscilatorios (criba de vaivn). stos ltimos son bandejas rectangulares que tienen un movimiento de vaivn. La velocidad aumenta al ir disminuyendo el tamao de partcula.3. Escogido a manoSe aplica a trozos de carbn de gran tamao. En una cinta de escogido con 6 hombres se separn los estriles que a simple vista puedan ser detectados. La cinta deber tener movimiento lento.4. Trituracin y quebrantamientoSe trata de reducir el tamao para mejor manejo y salida comercial. Las acciones mecnicas que se van a efectuar son: Compresin Rodadura Impacto Flexin Desgaste o rozamiento En los equipos industriales suele predominar una de estas acciones, o bien se combinan varias. (tabla 4.1). Segn la mquina y el equipo que se use, se obtendrn diferentes tamaos.5. Lavado MecnicoSe trata de reducir las cenizas que nos va a dar el producto en el proceso de combustin. Se abarata as el coste del proceso industrial de eliminacin de cenizas posterior a la combustin. Se deben tener en cuenta caractersticas como tamao, forma, elasticidad, conductividad, humidictividad, densidad.La densidad es la caracterstica ms importante en cuanto a la clasificacin por tamaos.Los procesos de lavado pueden ser en seco y en hmedo. Seco: Se basan en las diferencias de densidad y friccin en seco. Tambin en las diferencias de elasticidad Hmedo: Se basan en las diferencias de tamao y forma. Tambin en la densidad y friccin en hmedo, as como en la humectabilidad y densidad. Ventajes e inconvenientes de los lavados en seco y hmedo y otros aspectos en las fotocopiasEl denominado proceso de flotacin por espuma es el nico proceso que vale para limpiar el carbn fino. Consiste en mojar las partculas de carbn con busrbujas de espuma. Esta espuma va a humedecer el carbn fino para de esta manera limpiarlo. El carbn fino flota con la espuma y las impurezas se hunden. Esta masa de espuma con impurezas se pasa por un filtro para as volver a obtener un carbn ms puro. Mezclado de CarbonesEl mezclado de carbones es un proceso auxiliar dentro de la preparacin. Los procesos auxiliares pueden ayudar a completar la preparacin global del carbn. Estos procesos auxiliares son: Floculacin Desaguado Mezclado La floculacin consiste en recuperar del agua los productos del lavado del carbn (polvo fino del carbn, 5 m) y otros productos mediante la actuacin de ciertos elementos que los van a hacer precipitar. La funcin ms importante de esto es eliminar estos productos de las aguas de lavado y poder usar as el carbn en procesos posteriores (aglomerados y briquetas). Para ello se les aade una especie de coagulante: almidn, alginatos, peptatos, alumbre (sulfato de almina). De esta manera se forman los flculos. Este proceso se ayuda a veces de ciclones.El desaguado consiste en sacar parte del agua que tienen los carbones, debido a los procesos descritos anteriormente. Para ello se pasan por tamices con reja metlica. El tamao debe estar entre 12-13 mm. Para tamaos menores se usan tolvas y centrifugados. Para tamaos ms pequeos an se usan filtros de vaco y filtros a presin. La dificultad aumenta al disminuir el tamao.El mezclado, finalmente, consiste en mezclar varias clases de carbones con diferentes propiedades para que la mezcla resultante cumpla ciertos requisitos que pudieran ser demandados por el usuario final. Es lo que se hace actualmente en la CT As Pontes.

Almacenamiento del carbnEl almacenamiento del carbn es un aspecto importante por varios motivos. El carbn se almacena en grandes cantidades y durante periodos largos debido a su uso industrial. Los grandes almacenamientos de carbn se llaman parques y se suelen situar al aire libre, estando por ello expuestos a las inclemencias meteorolgicas, influyendo en las propiedades del carbn. El tamao que vaya a tener el parque va a depender de: Situacin geogrfica del mismo (proximidad de la fuente productora del carbn Medio de transporte utilizado Clima (este factor tambin puede afectar al transporte Proceso de produccin y fabricacin al que se destina, debido a las puntas de demanda que pueda presentar el proceso para el que es necesario el carbn. Combustin del carbn durante su almacenamientoEl carbn almacenado a la intemperie sufre fenmenos de deterioro debido a la humedad ambiental y al oxgeno del aire. La humedad ambiental degrada el carbn e influye sobre la temperatura de la pila. El oxgeno reacciona, en principio a bajas temperaturas. Esto provoca variaciones en los parmetros del carbn. Es por ello que aumenta: Peso Contenido en oxgeno Temperatura de ignicin Higroscopicidad Solubilidad en sales custicas Solubilidad en alcohol mientras que va a disminuir: Contenido en hidrgeno Poder calorfico Poder coquizante Tamao medio de granulometra Al estar el carbn en contacto con el aire, esto implica que va a estar en contacto con el oxgeno, que es un gran oxidante. Esto hace que el carbono se transforme en CO2 segn la siguientes reaccin:C0+O2 CO2 + 1En esta reaccin se produce un desprendimiento de calor.Si el aire tiene una temperatura ms alta, en la reaccin de oxidacin se puede llegar a formar agua:C + O2H2+O2 CO2+ H2OEsto tiene la misma forma que una reaccin de combustin ordinaria. La velocidad de oxidacin del carbn aumenta con la temperatura, con el tamao de las partculas de carbn y con la concentracin de O2 en contacto con ella. El fenmeno de combustin del carbn en la pila se denomina combustin espontnea del carbn almacenado. Para que se produzca una combustin espontnea apreciable es necesario que el calor se vaya transmitiendo y aumentando la temperatura. Se llegar as a una temperatura crtica en la que la oxidacin es lo suficientemente rpida para que se produzca el autoencendido del carbn.Las causas de la combustin espontnea son: Tamao de partcula: Al disminuir el tamao de partcula aumentar la superficie expuesta a la reaccin y esto implicar un aumento de la velocidad Calor Ambiental: El que haya calor implica aumentar la velocidad de reaccin. Esto se palia aireando el depsito, pero en la medida justa, ya que si renovamos en demasa el aire (efecto chimenea) podremos favorecer la reaccin al aportar oxigeno. cido Hmicos: Es un problema sobre todo en los lignitos y hullas jvenes, ya que fijan el oxgemo y ayudan a la combustin espontnea. Bacterias: Desprenden calor, por lo que en focos puntuales pueden iniciar la combustin espontnea. Azufre: Hay ciertos autores que afirman que la reaccin de la pirita con el O2 desprende calor, lo que puede representar un problema Composicin petrogrfica: En cuanto a este aspecto, no existe una relacin claraFactores que influyen en la velocidad de oxidacin del carbnPrincipalmente son dos lo s factores: Rango Tamao La velocidad de oxidacin vara de modo inverso al rango. Es decir, cuanto mayor sea el rango (menor contenido en materias voltiles), menor ser la oxidacin sufrida.El tamao influye en el sentido de que cuando ms tamao tenga el carbn mayor va a ser la superficie de contacto y esto implicar mayor velocidad de oxidacin.La temperatura a la la cual se inicia la combustin espontnea se denomina temperatura crtica, y esta temperatura no es la misma para todos los carbones. Cuando la temperatura es menor que la crtica, la temperatura disminuye con: poder calorfico % de C y H2 Poder aglomerante Tamao y aumenta con el porcentaje de O2.Cuando la temperatura sobrepasa la temperatura crtica se produce la combustin espontnea.Condiciones ptima para el almacenamiento del carbni. Lugar: El suelo debe estar bien nivelado, firme, sin grietas y bien drenado ii. Tamao y forma: Cuanto ms bajo sea el rango, ms baja deber ser la pila, ms pequea y con menor proporcin de finos. Se debe evitar la separacin natural por tamaos gruesos, para que de esta forma no se formen los tiros. iii. Humedad: No apilar carbn hmedo con seco iv. Procedencia: Los carbones de distinta procedencia se deben apilar separadamente v. Ventilacin: Se deben tener pilas poco profundas con salida de gases. Si apisonamos se evita el paso del aire. vi. Temperatura: Las pilas deben ser poco profundas, y se deben poner termmetros cada pocos metros para poder controlar subidas locales de temperatura vii. Calor: Se debe tener cuidado con el calor ambiental y con el calor que se vaya desprendiendo.Propiedades del carbnLas propiedades que se van a estudiar del carbn son las mecnicas, trmicas, elctricas y fsicas. Estas propiedades, unas ms que otras, van a ser importantes desde el punto de vista de la maquinaria y tecnologa que se va a usar con el carbn.Mecnicas Dureza Abrasividad Resistencia Mecnica Cohesin Friabilidad Fragilidad Triturabilidad

Trmicas Conductibilidad Trmica Calor especfico Dilatacin Elctricas Conductividad Elctrica Constante dielctrica

Fsicas Densidad y peso especfico Contenido en agua Propiedades mecnicasi) Dureza: Se mide por el tamao y profundidad de la raya producida por un cuerpo penetrante de forma diversa (cono, esfera, pirmide) y con dureza extrema. Teniendo en cuenta esta propiedad, la antracita se comporta como un cuerpo totalmente elstico, es decir, no es rayado. Los carbones que contienen del orden de 80-85% de carbono muestran un mximo de dureza Vickers que se corresponde con un mximo tambin en la curva de dureza elstica.De los componentes del carbn, el que presenta ms dureza es el dureno, y el ms blando es el vitreno.ii) Abrasividad: Es la capacidad del carbn para desgastar elementos metlicos en contacto con l. Esta propiedad nos va a condicionar enormemente el material que se tenga que usar en la maquinaria (molinos, trituradoras,). Est relaciona con las impurezas que acompaan al carbn: slice y pirita sobre todo.iii) Resistencia Mecnica: Tiene gran influencia en los sistemas de explotacin del carbn. Esto es porque muchas veces la veta carbonfera se usa como paredes, techos y suelos de las propias galeras de la explotacin. Adems, hay que tener en cuenta que las vetas suelen ser heterogneas, por lo que es importante estudiar este aspecto. Se debe medir la resistencia mecnica en el sentido normal a al estratificacin, tomndose el valor medio de las mediciones. Esta propiedad va a estar directamente relacionada con la composicin petrogrfica del carbn.iv) Cohesin: La cohesin es la accin y efecto que tiende a unir los componentes de la materia carbonosa. Se trata de una propiedad positiva o de resistencia.v) Friabilidad: Es la capacidad que presentan los carbones de descomponerse fcilmente en granulometras inferiores por efecto de un impacto o un rozamiento. Esta propiedad habr que tenerla muy en cuenta en algunos procesos, puesto que nos da la tendencia del carbn a romperse durante su manipulacin.vi) Fragilidad: Es la facilidad que presentan los carbones para romperse o quebrarse en pedazos. Es lo opuesto a la cohesin. Se trata de una propiedad negativa, que va a depender de su tenacidad y elasticidad, de las caractersticas de su fractura y de su resistencia. Para medir la fragilidad es necesario hacer dos ensayos que nos midan: Fuerzas de rozamiento Fuerzas de choque Esto es debido a que los aparatos y maquinaria que se usa en el procesado del carbn ejercen estos dos tipos de fuerzas sobre el carbn.vii) Triturabilidad: Es la facilidad con la que el carbn se desmenuza sin reducirse totalmente a polvo. Es una combinacin de dureza, resistencia, tenacidad y modo de fracturaCada vez es ms tenida en cuenta esta propiedad mecnica del carbn, debido sobre todo al empleo de tcnicas novedosas de combustin, como el lecho fluido.Rittenger desarroll muchos trabajos que tratan sobre la triturabilidad de los carbones y concluye que el tamao de superficie es directamente proporcional a la energa utilizada en la molienda.Propiedades trmicasi) Conductibilidad Trmica: Es la capacidad que presenta el carbn para conducir el calor. Tiene importancia sobre todo en los hornos de coquizacin, ya que el hecho de que el calor aplicado se transmita lo ms rpidamente posible permite que el proceso tenga un mayor rendimientoii) Calor especfico: Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1g de carbn 1C. Tambin es importante esta propiedad en el proceso de conquizacin.iii) Dilatacin: Es el aumento de volumen por efecto del incremento de temperatura. Bangham y Franklin han hecho estudios sobre la dilatacin de los carbones. Concluyen que la antracita presenta importantes variaciones en el volumen con cambios de temperatura, pero dependiendo tambin de la orientacin (anisotropa). En cambio, en cuanto a las hullas, la dilatacin va a depender ms de la temperatura de experimentacin.Propiedades elctricasi) Conductividad Elctrica: Capacidad para conducir la corriente elctrica a su travs. Se define en trminos de resistencia especfica, que es la resistencia de un bloque de carbn de 1cm de longitud y 1 cm2 de seccin. La unidad es el m. Esta propiedad depende de la presin, de la temperatura y del contenido en agua del carbn. El carbn es considerado en trminos generales como un semiconductosLa razn por la cual el carbn conduce la electricidad es la posesin de anillos bencnico y radicales libres.ii) Constante Dielctrica: Esta propiedad es ms tenida en cuenta que la conductividad elctrica. Se trata de una medida de la polarizabilidad electrosttica del carbn dielctrico. Esto est relacionado con la polarizacin de los electrones que existen en los anillos bencnicos de la estructura del carbn. Est esta propiedad muy relacionada con el contenido en agua del carbn y vara con el rango del carbn.Propiedades fsicasi) Densidad: La densidad del carbn es una magnitud dificil de medir. Se definen varios tipos de densidad Densidad a granel o en masa: Es el peso en Kg/m3 del conjunto del carbn en trozos, comprendiendo los espacios vacios que quedan entre stos. Esta magnitud del carbn es importante de cara al almacenamiento del carbn y su uso en hornos de coque Densidad de carga o estiba: Se emplea cuando el carbn se almacena en una retorta de coquizacin. Depende esta mgnitud de la clase de carbn, su tamao, la humedad. Peso especfico aparente: Es el peso especfico de un trozo de carbn en su estado natural (poros, humedad y materia mineral incluida). Peso especfico verdadero: El que presenta la sustancia carbonosa sin poros y sin humedad, pero con la materia mineral que contenga Peso especfico unitario: Igual que el peso especfico verdadero, pero adems prescindiendo de la materia mineral (es decir, sin cenizas) ii) Contenido en agua: El carbn contiene agua tanto por su proceso de formacin en origen como por las transformaciones sufridas. El agua se puede presentar de varias maneras: Agua de Hidratacin: Es la que est combinada qumicamente. Forma parte de la materia mineral que acompaa al carbn. Agua Ocluida: La que queda retenida en los poros del carbn. Puede proceder del lugar donde se form el carbn o de las reacciones posteriores a esa formacin. Agua de Imbibicin: Es la que contiene debido a procesos artificiales en la extraccin y procesos posteriores, sobre todo procesos de lavado. Esta agua queda adsorbida en la superficie. Se elimina fcilmente calentando a 100-105C Un problema aadido al contenido del agua en carbn es en el almacenamiento. El agua provoca la meteorizacin del carbn, debido a los cambios de volumen de aqulla al pasar de slido a lquido; esto va desgajando el carbn en trozos ms pequeos, falseando la granulometra. Esta agua tambin puede atacar las impurezas del carbn, produciendo sustancias que degradan el carbn.CoqueCuando sometemos al carbn a un quemado en ausencia de aire, ste sufre una destilacin destructiva, obtenindose un slido coherente que recibe el nombre de coque. Adems, en el proceso de coquizacin se van a obtener productos secundarios como: Alquitrn de alta temperatura Aceites ligeros Amonaco (NH3) Azufre Gases incondensables El rendimiento y naturaleza de los productos depender del rango, tipo de carbn, temperatura y duracin del proceso de carbonizacin (vase esquema)Este proceso tambin es usado para poder sintetizar los productos mencionados anteriormente, adems de para obtener coque. El mejor carbn para la obtencin de coque son las hulla.ClasificacinLos coques se clasifican segn su plasticidad, hinchamiento, aglutinacin y aglomeracin Plasticidad: La plasticidad implica no recuperar la forma primitiva cuando una fuerza deja de actuar sobre una materia que entonces se denomina plstica. Para medir esta caracterstica se usan los plastmetro y los penetrmetro. Hinchamiento: Se trata de un aumento franco de volumen con el consiguiente esponjamiento. Para que un carbn sea coquizable deber tener un buen ndice de hinchamiento. Aglutinacin: Conjunto de ensayos con los que se mide la cohesin y resistencia del coque, cuando se ha mezclado con un cuerpo inerte como arena, coque de electrodos o antracita. Aglomeracin: Se trata aqu de evaluar la coherencia y resistencia del coque cuando el carbn se ha coquizado sin mezcla alguna El denominado coque metalrgico es un carbn coquizado y que se emplea especialmente en la industria metalrgicaTeora de un proceso de combustinIntroduccinLa combustin es el conjunto de procesos fsico-qumicos por los cuales se libera controladamente parte de la energa interna del combustible. Una parte de esa energa se va a a manifestar en forma de calor y es la que a nosotros nos interesa.La reaccin de un elemento qumico con el oxgeno sabemos que se llama oxidacin. La combustin no es ms que una reaccin de oxidacin, en la que normalmente se va a liberar una gran cantidad de calor.Los combustibles tienen en su composicin unos elementos principales, combustibles (C, H, S) y otros no combustibles, como el V, Ni, Na, Si, El comburente ms habitual usado en la combustin es el aire (21% O, 73% N2 (inerte)). Se llama calor de combustin a la disminucin de entalpa de un cuerpo en C/N de presin y a una temperatura definida. Ser entonces el calor que se libera cuando el combustible arde en una llama o cuando los componentes principales reaccionan con el oxgeno. En la combustin, cada uno de los componentes combustibles del combustible va a sufrir la reaccin de oxidacin correspondiente. Reaccin de combustinSe trata de una reaccin de oxidacin con la particularidad de que se realiza muy rpidamente, es exotrmica. Esta reaccin se produce entre los elementos combustibles de un combustible y el oxgeno del comburente. Para que un combustible sufra la combustin, es necesario que alcance su temperatura de ignicin. Se define el punto de ignicin de un combustible como la temperatura a la cual, una vez iniciada la llama, esta ya no se extingue. Es esta temperatura de 20 a 60C ms alta que la temperatura de inflamacin. En una reaccin de oxidaccin tendremos Primer MiembroSegundo Miembro

Combustible + comburenteGases de combustin + calor

Combustible: Toda sustancia capaz de arderComburente: Sustancia que aporta el oxgeno para que el combustible sufra oxidacinLos combustibles industriales suelen estar constitudos por mezclas de pocos elementos, ya que esto simplifica en gran medida el proceso. Los componentes de un combustible se pueden clasificar en: Combustibles Inertes. Estos hay que eliminarlos y por lo tanto resultan perjudiciales Fases de la reaccin de combustinSe pueden distinguir tres fases en la reaccin de combustin: Fase de prerreaccin (formacin de radicales). Los compuestos hidrocarbonados se descomponen dando lugar a la formacin de radicales, que son unos compuestos intermedios inestables y muy activos, para que de este modo el carbono y el hidrgeno puedan reaccionar con el oxgeno. Fase de Oxidacin: En esta fase se produce la combinacin entre los elementos y el oxgeno. Es una fase muy exotrmica y es cuando tiene lugar la propagacin de la llama. Fase de Terminacin: Aqu es cuando se forman los compuestos estables. El conjunto de estos compuestos es lo que llamamos gases de combustin. Es necesario que se produzca una gran coordinacin entre la 1 y la 2 fase, ya que si no podra llegar a producirse una explosin, por acumulacin de radicales. La explosin es la onda que se produce y transmite por la masa reaccionante a una velocidad de 1500-2500 m/s, pudiendo producirse ms de una detonacin di despus de la primera queda producto que an pueda reaccionar violentamente. 4.- CLASES DE REACCIONES DE COMBUSTIN Las reacciones se pueden clasificar segn el modo en el cual transcurran de la siguiente manera: Combustin NEUTRA o estequiomtrica Combustin INCOMPLETA o imperfecta Combustin COMPLETA Combustin neutraEs aqulla que se produce cuando el aire empleado aporat la cantidad justa de oxgeno para que todos los reactivos de transformen en productos. Para que la estequiometra se cumpla, hay que considerar TODOS los elementos que sufren la reaccin de combustin en el combustible. Cuando la reaccin tenga lugar totalmente, entonces no habr H, O, S y C, que se transformarn en productos correspondientes que irn en los gases de combustin. Como inertes aparecer, por lo menos, el nitrgeno.A veces, a los gases de combustin se les llama poder comburvoro o poder fumgeno. Se define ste como los gases hmedos ttales procedentes de una combustin neutra o estequiomtrica (de todos los elementos combustibles e inertes tambin)Combustin incompletaEs aqulla en la que por defecto en el suministro de aire no hay oxgeno necesario para que se produzca la oxidacin total del carbono. Esto quiere decir que no todo el carbono se va a transformar en CO2 y aparecer como producto de combustin de CO. Aparecen entonces los inquemados. Los inquemados tambin se pueden producir por defecto en el aparato quemador. Los inquemados se definen como la materia combustible que ha quedado sin quemar o parcialmente quemada. Pueden ser de dos clases: Slidos: Carbono (holln). Provocan un ennegrecimiento de los humos de combustin Gaseosos: CO, H2 Cuando aparecen inquemados es seal de que no se ha aprovechado bien el combustible, por lo que la combustin que se est realizando es mala y se deberan tomar medidas de algn tipo para mejorarla.Combustin completaPara que se produzca una combustin completa se hace necesario aportar un exceso de aire, es decir, de oxgeno. El exceso se realiza sobre la cantidad estequiomtricamente necesaria para que todos los productos combustibles sufran la oxidacin (tanto el C como el O el H). En este caso no se van a producir inquemados. En la prctica se hace difcil conseguir la combustin completa. Por ello es necesario aportar un exceso de aire. El exceso de aire se define como la cantidad de aire por encima del terico que hay que aportar para que se realice la combustin completa del combustibleProductos resultantes de la reaccin de combustinEn general, los productos de combustin se llaman humos. Se definen stos como la masa de compuestos que resultan de un proceso de combustin. Mayoritariamente estn formados por xidos de los elementos combustibles de un combustible, adems de por los elementos del combustible que no sufren reaccin, donde hay que incluir el N2 del aire que no va a reaccionar con el oxgeno. Otros elementos que pueden aparecer en los humos pueden ser pequeas proporciones de elementos en suspensin, como carbn u holln (que se define como una sustancia alquitranosa de coquizacin).Los humos pueden clasificarse en secos (sin agua) o hmedos (con agua).

Teora de la llama

La llama se define como el medio gaseoso en el que se desarrollan las reacciones de combustin; aqu es donde el combustible y el comburente se encuentran mezclados y en reaccin. La llama puede adoptar diferentes formas, segn el medio tcnico, y tambin la forma del quemador. Esto es as porque el quemadro es donde se pulveriza el combustible para que entre en contacto con el aire. El frente de llama es la zona qe marca la separacin entre el gas quemado y el gas sin quemar. Aqu es donde tienen lugar las reacciones de oxidacin principales. El espesor del frente de llama puede ir desde menos de 1mm hasta ocupar totalmente la cmara de combustin. La propagacin de la llama es el desplazamiento de sta a travs de la masa gaseosa. Se efecta esta propagacin en el frente de llama. La velocidad de propagacin va a depender de la transmisin de calor entre la llama y las zonas contiguas (gases quemados y no quemados). Cuando los gases sin quemar alcanzan la temperatura de ignicin, entonces empezarn a sufrir la combustin. Para que la llama comience y quede estable, se debe estabilizar el frente de llama. Para ello, se debe coordinar la velocidad de escape de gases y de propagacin de la llama con la entrada de comburente (aire) y combustible. Para que tenga lugar la combustin es necesario que se alcance la temperatura de ignicin, que es aqulla a la cual la mezcla combustible/comburente no se extingue, aunque retiremos la llama de encendido. La inflamabilidad de una mezcla gaseosa se define como la capacidad de propagarse a su travs la llama iniciada en uno de sus puntos. Solo se habla de inflamabilidad a temperaturas inferiores a la de ignicin. La inflamabilidad depende de la velocidad de propagacin de la llama. La mezcla estequimtrica combustibles/comburente es siempre inflamable, debido a la alta temperatura que se alcanza. Hay dos composiciones combustibles/comburente que nos dan los lmites de inflamabilidad: Lmites de inflamabilidadInferior: [combustible] < [estequiomtrica]Superior: [combustible] > [estequiomtrica]

Estas composiciones lmite dependen de las condiciones externas, como pueden ser la presin o la geometra de la cmara de combustin. Adems de los lmites de inflamabilidad, tambin se definen estas otras magnitudes: Intervalo de la temperatura de la llama: Est definida por una temperatura mxima y otra mnima, que coinciden con el instante final y con el instante de encendido de la combustin. Los productos quemados tienen una temperatura comprendida dentro de este intervalo. Intervalo de presiones: Se define de manera anloga a la interior El efecto pared, es la no observacin de la llama en la proximidad de paredes y cuerpos debido a los intercambios de calor con stos. Clasificacin de las llamasLas llamas se clasifican en 3 grupos atenindonos a los parmetros para un combustible lquido. a. Mezcla combustible comburente b. Velocidad de la mezcla de combustible c. Posicin de la llama respecto a la boca del quemador a. Mezcla combustible comburente Llama de premezcla: La mezcla de los dos fluidos se realiza parcial o totalmente antes de alcanzar la cmara de combustin Llama de difusin: (sin mezcla previa) El combustible y el comburente se mezcla justo en el momento de la combustin b. Velocidad de la mezcla de combustible Laminar: Los fenmenos de mezcla y transporte ocurren a bajas temperaturas Turbulento: Las velocidades de la mezcla aire/combustible es elevada. La mezcla vaporizada suele salir silbando y en forma de torbelino c. Posicin de la llama respecto a la boca del quemador Llama estacionaria: El combustible se va quemando poco a poco al pasar por una determinada parte del sistema. Este es el tipo de llama ideal desde el punto de vista industrial Llama explosiva libre: Es la que est en movimiento Forma., color y temperatura de la llamaLa forma que presenta una llama depende del medio tcnico que prepara el combustible/comburente; es decir, depende del quemador utilizado, ya que ste es el encargado de pulverizar y repartir el combustible. Si la combustin es buena, la llama no ser opaca, negruzca,... El color negro lo van a dar los inquemados. La temperatura que va a alcanzar la llama depender de: Composicin y porcentaje del comburente Velocidad global de la combustin. sta depende de Reactividad del combustible Forma y eficacia del sistema de combustin Temperatura inicial de los reactivos Se debern tener en cuenta tambin los calores sensibles de los reactivos. Al llegar y sobrepasar los 2000C, los gases de combustin se pueden descomponer, dando lugar por ello a otros compuestos que pueden afectar a la combustin y a la llama. Definiciones relativas a la temperatura de combustin Temperatura adiabtica de combustinTambin se denomina temperatura terica de combustin o temperatura de combustin calorimtrica. Es la temperatura que se obtendra en una combustin estequiomtrica con mezcla perfectamente homognea y en un tanque que nos permita evitar cualquier prdida de calor al exterior.En muchos casos llega con valorar de modo aproximado el calor liberado para determinar la temperatura adiabtica de combustin. Esta temperatura aumenta con la potencia calorfica del combustible y disminuye con la capacidad calorfica de los productos de combustin.Temperatura mxima terica de la llamaEs la temperatura que se alcanza cuando la cantidad de aire empleada en la combustin es la cantidad estequiomtricamente necesaria para ello. Se trata de un valor ideal, ya que las condiciones estequiomtricas son imposibles de conseguir en la realidad.Las temperaturas mximas de la llama son en 200-300C inferiores a la temperatura mxima terica de la llama.Si estamos utilizando combustible gaseoso con capacidad calorfica baja, para conseguir elevar la temperatura de combustin, habr que precalentar la mezcla antes de que llegue a la temperatura de combustin. En la llama se distinguen 3 zonas, que son: Reductora: Tambin se llama dardo primario. Existe aqu un defecto de oxgeno. Es la zona ms interior Oxidante: Hai exceso de oxgeno. Se llama tambin dardo primario. Es la zona ms exterior y no est tan claramente definida como la reductora. Normal: Es la zona que queda entre una y otra Medidas y anlisis de los gases de combustinLos gases de combustin se evalan cualitativa y cuantitativamente. Mediante el anlisis de estos gases vamos a poder saber si la reaccin de combustin va bien o mal. Podemos conocer tambin la energa que se est produciendo y cuanta se puede estar perdiendo. Para todo esto, lo primero es tomar muestras de los gases de combustin. La toma de muestras se realiza principalmente de dos maneras: Por aspiracin Por filtro En ambos casos, se recogen los gases para llevarlos a analizar. Estas muestras se recogen tanto en conductos intermedios como en la mismas chimenea de salida de gases. Los puntos en los que tomamos la muestra vienen condicionados por lo que queramos exactamente de esa muestra. Hay que tener en cuenta que la composicin de los gases va variando desde la salida de la cmara de combustin hasta que sale por la chimenea. Puntos de inters para la toma de muestras En el hogar nos interesa tomar muestras porque esto nos permite conocer el rendimiento de la combustin. En cada elemento de la instalacin: evaluamos de esta manera el rendimiento de cada uno de los elementos. Conductos de salida de gases de la chimenea En la parte baja de la chimenea Los dos ltimos elementos considerados pertenecientes a la chimenea nos permiten evaluar las perdidas por gases del generador en su conjunto. El hecho de evaluar los distintos elementos del generador nos permiten evitar distintos fallos, como pueden ser la entrada incontrolada de aire. Ensayos a realizar a los gases de combustina. Medida de las temperaturas: Controlamos de este modo la temperatura de combustin. Se usan para este cometido pirmetro, sontas termoelctricas,... La eleaccin del equipo va a depender de la disponibilidad, del punto en el que haya que medir, de la precisin requerida,... b. Determinacin de la composicn de gases: Esta puede ser cualitativa y cuantitativa. Los principales componentes en una combustin son el CO2, SO2, H2O, O2,N2. c. Medida del caudal: Esta medida debe coincidirnos con la determinacin terica de productos y reactivos que hayamos hecho. El mayor componente de los gases de combustin va a ser el CO2. Otro elemento tamnbin bastante importante va a ser el H2O. Si la combustin fuera incompleta tambin aparecera CO. El SO2 aparece debido a al contenido en azufre del combustible. Tambin van a aparecer inquemados slidos, como es el caso del carbn y holln. Tambin aparece el N2, que es inerte en la reaccin, y tambin debe a aparecer el O2 que no reacciona del aire. Mtodos. Para medir los inquemados slidos (carbono que queda sin quemar, holln), se usan los papeles Ringleman, que en realidad lo que miden es la opacidad de los humos. Tambin se puede usar la escala Bacharah (por crculos)Estudios y clculos de las reacciones que tienen lugar en la combustinEn este tema estudiaremos las diferentes reacciones que tienen lugar en el proceso de combustinParmetros de la combustinSi queremos aprovechar toda la energa de un combustible es necesario que la combustin se realice en las mejores condiciones posibles. Hablaremos de la correccin en la realizacin de la combustin. Incluimos en la combustin la caldera, que es el lugar donde se produce la combustin.Para aprovechar bien la energa que se desprende en la reaccin de oxidacin de los elementos combustibles es necesario que se realice en las mejores condiciones posibles. Para ellos deberemos hacer que todo el carbono se transforme en CO2, que no haya inquemados slidos o gaseosos, que no haya prdidas de calor por la formacin de inquemados, que el aire sea bien empleado en todo el proceso de combustin. Cumpliendo todo estos requisitos tendramos la combustin completa. La caldera en este proceso es fundamental para la buena marcha del mismo; en general, todos los equipos empleados en la combustin van a ser importantes para la buena marcha de la misma.Combustin estequiomtricaConsideramos como elementos combustibles el C, H2 y el S. De este modo, el proceso de combustin se puede resumir en el siguiente cuadro:ComposicinReaccin decombustinMolesComburenteGases decombustin

Elemento% (Kg)OxidacinnnO2ComponenteMoles

CAC+O2 CO2 (1:1: 1)CO2nCO2=nC

H2BH2+O2 H2O (1: 1)H2OnH2O=nH2

SDS+O2 SO2 (1: 1: 1)SO2nSO2=nS

nGc=ni

El volumen de los gases de combustin lo calcularamos de la siguiente manera:GasVolumen de gases de combustin (VGC)

CO2VCO2 = 224*nCO2

H2OVH2O = 224*nH2O

SO2VSO2 = 224*nSO2

Vtotal= VCO2+VH2O+VSO2

Queremos ahora saber los moles mnimos, es decir, la cantidad mnima de oxgeno necesaria para la reaccin de combustin. Este aire nos lo va a aportar el aire. Como sabemos el aire est formado, en volumen, por 79% de N2 y un 21% de O2. El aire mnimo, referido al porcentaje de oxgeno, ser:

Hay que tener en cuenta que este aire se toma directamente de la atmsfera, y que esto implica que las condiciones en las que est este aire pueden variar: humedad relativa, temperatura, presin vapor, presin real.Esto implica que para la cantidad de aire necesaria hace falta un aire hmedo en una cantidad superior. El aire hmedo mnimo viene dado por:Amh= F*Am El parmetro F (factor de correcin) viene dado por:

donde PS: presin de saturacin (a la temperatura del aire)Pr: Presin atmosfricaDe esta manera, Amh est en C/N, pero est claro que el aire que vamos a tomar de la atmsfera no va a estar en esas condiciones de manera general. Si se cumplen las condiciones del gas ideal, entonces podremos poner que:

El nitrgeno aportado por el aire pasa directamente a los gases de combustin.Para que pueda realizarse la combustin completa va a ser necesario aportar un exceso de aire. Tendremos entonces cierta cantidad de oxgeno que no reacciona y N2 adicional, que es la cantidad que difiere de la cantidad terica.El exceso de aire se mide por el ndice de exceso de aire, que es el cociente entre el aire real y el aire mnimo. El exceso de aire es la diferencia entre n y 1, es decir, n-1.ndice de exceso de aire = Exceso de aire = n-1 % de exceso de aire = 100(n-1) Los combustibles que requieren menos porcentaje de exceso de aire para su combustin son los gaseosos, y los que ms, son los slidos.Si tenemos exceso de aire, en los gases de combustin tendremos:CO2H2OSO2Oxgeno en exceso: O2 del exceso de aire - O2 mnimoN2 del exceso de aireLo que habr que calcular ser:O2mAm

AmhArn (ndice de exceso de aire)%(n-1)

En cuanto a los humos que se produce, sern hmedos y secos:HTH = CO2 + H2O + SO2 +(O2ex-O2min)+N2exHTS = HTH - H2OComposicin y cantidades de los gases de combustin Se refieren siempre a la cantidad de combustible que se ha quemado. La composicin de los gases de combustin se hace estableciendo relacin entre los gases que se producen; est relacin puede ser de porcentaje en peso y en volumen, de tanto por 1,...Haciendo un cuadro de la combustin es fcil y rpido calcular estas proporciones.Clculo rpido de aire y gases de combustin Para combustibles lquidos, en caso de que no se conozca la composicin excata, se pueden usar unas grficas que nos ayudan a determinar el aire mnimo y los gases de combustin de una manera aproximada. La relacin entre el aire mnimo y el combustible lquido es una relacin lineal. Usando las grficas podemos averiguarla, siempre que los parmetros no se necesiten de una manera muy exacta.Combustin incompletaLa combustin incompleta es aquella que se realiza sin que todo el carbono del combustible pueda transformarse en CO2. Se va a realizar, pues, con defecto de oxgeno, o lo que es lo mismo, con defecto de aire. Las reacciones que van a tener lugar son:

H2 + O2 H2OS + O2 SO2 En la combustin incompleta no todo el carbono se transforma en CO2, por lo que se forman inquemados, tanto slidos (holln) como gaseosos (CO).Los clculos a efectuar en este tipo de combustiones son los mismos que en la combustin completa, solo que deberemos conocer la fraccin de carbono que se transforma en CO2 y en CO. Una vez conocido este dato, el resto de los clculos sern anlogos a los realizados para la combustin completa. Una diferencia con la combustin completa est en la composicin de los gases de combustin, que ahora contendrn: HTH: CO2+CO+H2O+SO2+N2 HTH: CO2+CO+H2O+N2+O2 esto cuando hay exceso de aire Tipos de combustin incompletaPseudocombustin oxidante (PCO) La PCO es aquella reaccin de combustin en la que los humos obtenidos en la misma contienen todos los elementos que cabra esperar de una combustin con exceso de aire y adems, las partculas de carbonos sin quemar (inquemados slidos). Es decir, los humos estaran formados por:H = HTH (combustin completa) + C(S) (inquemados)Este tipo de combustin incompleta se produce cuando el tiempo de reaccin no es suficiente para que se pueda llegar a realizar.. Esto puede ser debido al factor de potencia (volumen en el hogar, que haya turbulencias, falta de uniformidad para la pulverizacin en combustibles lquidos..) Otro factor puede ser el enfriamiento de la llama, que se origina cuando la mezcla aire-combustible incide sobre una superficie relativamente fra, o cuando se trabaja con un exceso de aire. Si existe un alto porcentaje de CO2 en los gases de combustin tambin se puede producir una PCOPseudocombustin neutra (PCN) Las PCN son un caso particular dentro de las PCO y se caracterizan por:1) La concentracin de CO es prcticamente nucla en los gases de combustin (humos secos)2) No existe O2 en los gases de combustinOtro caso de combustin incompleta son las que se realizan con defecto de aire (n