combustión Reacción química exotérmica, de oxidación – reducción entre dos o más sustancias, combustible y comburente, que se realiza a gran velocidad.
Comburente:
es la sustancia oxidante de la combustión.
En el motor de combustión interna es el oxígeno del aire que se encuentra en una proporción del 21% frente al 79% de nitrógeno.
Combustible:
es la sustancia reductora de la combustión. Los empleados en los motores de combustión interna son hidrocarburos derivados del petróleo
Los hidrocarburos están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre.
La reacción de combustión de una molécula de combustible requiere de varias moléculas de oxígeno, en función del número de carbonos e hidrógenos de que esté compuesta. Tomemos como ejemplo la molécula de octeno:
C8H16 + 12O2 → 8CO2 + 8H2O
Cada dos hidrógenos que haya en el combustible, requieren un átomo de oxígeno, para formar una molécula de agua; y cada carbono requiere dos átomos de oxígeno, para formar una molécula de dióxido de carbono. Esta es la configuración de una combustión completa o estequiométrica, en la que todo el O2 se utiliza para oxidar todo el combustible
FASES DE LA COMBUSTIÓN
Aunque las dos últimas reacciones se produzcan en paralelo, la de oxidación del H2 es más rápida que la del CO por lo que con mezclas ricas aumenta la emisión de CO ya que no queda oxígeno con el que reaccionar.
INICIO DE LA COMBUSTIÓN
Las reacciones normalmente se van a provocar por el choque de dos moléculas.La descomposición de la molécula de hidrocarburo es algo gradual, y el proceso está controlado por la presencia de unas moléculas y átomos que tienen una actividad mucho más alta que las moléculas de oxígeno, y que a la postre van a ser los que realmente ataquen al hidrocarburo. Éstos son los radicales libres, que son iones de oxígeno (O), iones de hidrógeno (H) y radicales hidroxilo (OH
CÁMARAS DE COMBUSTIÓN
La combustión se produce dentro del cilindro en la cámara de combustión que es el espacio donde quedan reducidos los gases después de la compresión.La cámara de combustión esta diseñada para concentrar completamente la fuerza explosiva del combustible que se quema en la cabeza del pistón.Aumentar la intensidad de la chispa que salte de la bujía.Crear turbulencia de la mezcla o carga en la admisión, que reduce la duración de la combustión y la uniformidad de los ciclos consecutivos.Estratificar la mezcla, lo que consiste en que la mezcla cerca de la bujía sea la mas rica y se empobrezca a medida que se aleja de la bujía.
MOTOR Diésel
Su combustión se basa en la inflamación espontánea del combustible.El combustible que utilizan es el gasoil.Al final de la compresión (recuérdese que en un motor Diésel sólo se comprime aire), estando el aire a una presión, que en motores fuertemente sobrealimentados puede ser de unos 80 bares, y temperaturas de 1000 K, se empieza a inyectar el combustible El combustible, una vez en el interior de la cámara de combustión, comienza a vaporizarse y se empieza a formar una nube de aire y combustible vaporizado
Cámara de combustión
El inyector introduce en ella el combustible pulverizado, el cual se mezcla con el aire; de ahí que la forma de la cámara de combustión deba facilitar esta mezcla del combustible con el aire. Tanto la mezcla como la combustión deben realizarse en un tiempo mínimo lo más cercano posible al punto muerto superior.Las cámaras de combustión pueden clasificarse en:Inyección Directa Inyección Indirecta Precombustión Con Cámara de Turbulencia
INYECCIÓN DIRECTA:
El combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión a una presión entre 130 y 300 bares, generalmente sobre la cabeza del pistón que está mecanizada para producir la turbulencia necesaria.Tiene menor consumo de gasoil y mejor arranque en frío para relaciones de compresión superiores a 15 sin necesidad de precalentador
INYECCIÓN INDIRECTA:PRECOMBUSTIÓN
El pistón encierra en la carrera de compresión el aire en la antecámara, donde se inyeccta el gasoil que se quema parcialmente, para durante la expansión producida se expulsa el resto del combustible sin inflamar por el atomizador para finalizar su combustión en el interior del cilindro
CÁMARA DE TURBULENCIA
Es una evolución de la anterior en la que casí todo el aire pasa a una antecámara para generar la turbulencia.
PETRÓLEO es un líquido aceitoso, viscoso e inflamable, constituido por una mezcla de hidrocarburos, que, de forma natural, se encuentra en determinadas formaciones geológicas. La teoría más aceptada sobre su formación afirma que es el producto de la degradación, a través de grandes presiones y temperaturas, de materia orgánica procedente de restos de animales y plantas.
El petróleo es una mezcla de hidrocarburos líquido en los que están disueltos otros hidrocarburos se encuentran alcanos, lineales y ramificados, de hasta C40, acompañados de cierta cantidad de cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos. Los hidrocarburos están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. La composición media del petróleo sería 85%C, 12%H y 3% S+O+N, además de varios elementos metálicos. La composición de los crudos varía dependiendo del lugar donde se han formado. Las diferencias entre unos y otros se deben, a las distintas proporciones de las diferentes fracciones de hidrocarburos, y a la variación en la concentración de azufre, nitrógeno y metales
REFINERÍA
Una refinería es un enorme complejo donde ese petróleo crudo se somete en primer lugar a un proceso de destilación o separación física y luego a procesos químicos que permiten extraerle buena parte de la gran variedad de componentes que contiene, una gran variedad de compuestos que llegan fácilmente a los 2.000 subproductos
Los productos que se sacan del proceso de refinación se llaman derivados y los hay de dos tipos: los combustibles, como la gasolina, diésel, etc. ; y los petroquímicos, tales como el etileno, propileno El primer paso de la refinación del petróleo crudo se cumple en las torres de «destilación primaria» o «destilación atmosférica». En su interior, estas torres operan a una presión cercana a la atmosférica y están divididas en numerosos compartimentos a los que se denomina «bandejas» o «platos». Cada bandeja tiene una temperatura diferente y cumple la función de fraccionar los componentes del petróleo. El crudo llega a estas torres después de pasar por un horno, donde «se calienta» a temperaturas de hasta 400º centígrados que lo convierten en vapor.
Destilación
Cuando cada componente vaporizado encuentra su propia temperatura, se condensa y se deposita en su respectiva bandeja, a la cual están conectados ductos por los que se recogen las distintas corrientes que se separaron en esta etapa.
La gasolina es un hidrocarburo con 5 a 12 átomos de carbono por molécula, su rango de destilación varía entre 40º y 200º C, y se utiliza como combustible en motores de combustión interna de dos o cuatro tiempos, principalmente automóviles, motocicletas y vehículos livianos en general. Es una sustancia líquida volátil, inflamable e incolora; el aspecto verde, rojo o amarillento se logra mediante la incorporación de un colorante artificial, que además de facilitar su diferenciación, permite controlar su eventual adulteración.
ÍNDICE DE OCTANO
El índice de octano de una gasolina es una medidad de su capacidad antidetonante. Las gasolinas que tienen un alto índice de octano producen una combustión más suave y efectiva. El índice de octano de una gasolina se obtiene por comparación del poder detonante de la misma con el de una mezcla de isooctano y heptano. Al isooctano se le asigna un poder antidetonante de 100 y al heptano de 0.
Es el combustible empleado en los motores diésel, se trata de un producto más denso que la gasolina y tiene algo más de poder calorífico El grado de autoinflamación del gasoil se mide por el Número de de cetano que conviene que se encuentre entre 40 y 70 Su curva de destilación se encuentra entre los 260 y 370°C Bajo contenido en azufre Debe permitir una correcta combustión, protegiendo el sistema de inyección y de alimentación, además de evitar la corrosión de las diferentes partes del motor