ESTEQUIOMETRÍA EN LOS PROCESOS DE

COMBUSTIÓN

2º EMT Electromecánica Año 2011

¿Qué significa esta imagen?

Combustibles

Propiedades: Composición Poder Calorífico Viscosidad Densidad Limite de inflamabilidad Punto de inflamación

Clasificación de los Combustibles

Clasificación Podemos clasificar a los combustibles según su

origen en comerciales y especiales. Combustibles comerciales Naturales o primarios Sólidos carbón, madera, biomasa algunos metales (costo muy elevado)

Líquidos Alcoholes (destilados de la biomasa) Aceites de nafta y benzol (destilados de petróleo) Gaseosos Destilados de madera Destilados de la hulla Destilados de naftas de petróleo Combustibles especiales Este tipo de combustibles generalmente se utilizan

para impulsar cohetes o en usos militares.

Uranio (elemento radiactivo que genera la fisión en un reactor nuclear)

Líquidos Petróleo y sus derivados Gases Gas natural Gas licuado de petróleo (GLP)

Artificiales o secundarios Sólidos coque (destilado de carbón de hulla) carbón vegetal (destilado de la madera a 250ºC) Aglomerado de hulla Biomasa residual (basura y residuos urbanos,

estiércol, etc.)

Artificiales o secundarios Sólidos coque (destilado de carbón de hulla) carbón vegetal (destilado de la madera a 250ºC) Aglomerado de hulla Biomasa residual (basura y residuos urbanos, estiércol, etc.) Líquidos Alcoholes (destilados de la biomasa) Aceites de nafta y benzol (destilados de petróleo) Gaseosos Destilados de madera Destilados de la hulla Destilados de naftas de petróleo

Comburentes

El comburente es el agente que aporta el oxigeno a una reacción de combustión y la fuente mas usual y económica de oxígeno disponible es el aire.

Ejemplos: Flúor Clorato de bario, de sodio, de potasio Permanganato de postasio Perclorato de potasio o de sodio etc

¿Qué es una combustión completa?

En la combustión completa se queman las sustancias combustibles del combustible hasta el máximo grado posible de oxidación. En este tipo de reacción no se encontraran sustancias combustibles en los humos o gases de combustión.

COMBUSTIÓN INCOMPLETA

Este tipo de reacción se caracteriza por la presencia de sustancias combustibles o también llamados inquemados en los humos o gases de combustión. Estas sustancias generalmente son carbono como hollín, CO, H2 y también pueden aparecer pequeñas cantidades de los hidrocarburos que se utilizan como combustibles.

En el caso de la reacción de combustión en la que se produce únicamente CO en los gases de combustión, se conoce con el nombre de Combustión de Ostwald y la reacción que produce CO y H2 se conoce como Combustión de Kissel.

La estequiometría es parte de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre los átomos que constituyen las sustancias, y entre las sustancias que reaccionan y las que se obtienen en las reacciones químicas

Estequiometría en procesos de combustión

Recordando…

Las reacciones químicas se representan por medio de ecuaciones químicas

Una ecuación química representa :

el número mínimo de partículas que forman parte de una reacción

las masas, cantidad de sustancia (expresada en mol) y los volúmenes (en el caso de los gases) de las sustancias que intervienen en la reacción

¿Para qué sirve la estequiometría en los procesos químicos como la combustión?

Cada vez que se lleva a cabo una reacción es preciso formularse algunas preguntas:

¿Qué masa de cada reactivo debe medirse y dejar que reaccione para producir la cantidad deseada de producto?

Si sólo se dispone de unos pocos gramos de reactivo, ¿qué cantidad del otro reactivo será necesaria?

¿Qué cantidad de producto podrá obtenerse a partir de una cantidad dada de las sustancias?

Ejemplo: OXIDACIÓN DEL DIÓXIDO DE AZUFRE

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)

Cada Pueden relacionarse con Para dar

2 moléculas de SO2 1 molécula de O2 2 moléculas de SO3

2 moles de SO2 1 mol de O2 2 moles de SO3

128 g de SO2 32 g de O2 160 g de SO3

44,8L de SO2 (*) 22,4 L de O2 44,8 L de SO3 (*)

(*) medidos a 0ºC y 1 atm

Con la información que brinda la ecuación química, igualada, de la reacción estudiada

Estableciendo relaciones de proporcionalidad

Se pueden obtener las respuestas

Coeficientes estequiométricos: Son los que anteceden a las formulas químicas

¿Cuántos moles de oxigeno son necesarios para reaccionar con 4 moles de metano en la reacción:

CH4 + O2 CO2 + H2O ?

1º balancear la ecuación:

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

un mol de metano reacciona

con dos moles de oxigeno

2º establecer relación de proporcionalidad directa

reaccionan con

1 mol CH4 2 moles O2

reaccionan con

4 moles CH4 x moles O2

¿Qué masa de agua se produce al reaccionar completamente

24 g de metano en una combustión estequiométrica?

CH4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (l)

¿Qué pasos debemos seguir para resolver el problema?

A pensar…

OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES

En una hamburguesa, algún ingredientepuede limitar el número de éstos que podamos preparar.

Es(son) aquel(los) que se termina(n) durante el transcurso de la reacción química. El reactivo limitante determina la cantidad de producto que se forma.

En

En un baile, los hombres pueden

limitar la cantidad de parejasque se pueden formar .

REACTIVO LIMITANTE

Hay mas…

¿Para que me sirve conocer estos conceptos? Por razones económicas los procesos químicos y la producción

de sustancias químicas deben realizarse con el menor desperdicio posible, lo que se conoce como “optimización de procesos”. Cuando se tiene una reacción química, el Químico se interesa en la cantidad de producto que puede formarse a partir de cantidades establecidas de reactivos. Esto también es importante en la mayoría de las aplicaciones de las reacciones, tanto en la investigación como en la industria. En una reacción química siempre se conserva la masa, de ahí que una cantidad específica de reactivos al reaccionar, formará productos cuya masa será igual a la de los reactivos. Al químico le interesa entonces la relación que guardan entre sí las masas de los reactivos y los productos individualmente.

Para calcular la RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE EN UN MOTOR y mejorar la eficiencia

¿Cómo funciona un motor de cuatro tiempos?

Ecuaciones de combustión

Identifica cuál es la ecuación de la combustión completa y cuál la de la incompleta y analiza el porqué.

¿cuál es la cantidad estequiométrica necesaria de oxígeno para que reaccione con 1 mol de octano?

)(2)(2)(2)(188 98225

lggl OHCOOHC +→+

)(2)()(2)(188 98217

gggl OHCOOHC +→+

¿Cuál es la cantidad recomendable de oxígeno para que el motor funcione mejor?

De las ecuaciones se sabe que la producción de CO ocurre cuando hay menos oxígeno presente. La combustión de la nafta en presencia de poco oxígeno favorece la formación de CO. Es recomendable que el pistón reciba una cantidad de sustancia de alrededor de15.1moles de O2 por cada mol de nafta, para con ello estar por encima de las cantidades estequiométricos necesarias para la formación del CO2. Así se produce muy poco CO y no se entorpece el funcionamiento del motor.

¿CÓMO HACEMOS PARA QUE EL MOTOR DEL AUTO FUNCIONE EFICIENTEMENTE?

En las reacciones de combustión de la nafta, el O2 tiene que ser el reactivo en exceso para así evitar la formación del gas más tóxico, el CO. No se puede utilizar oxígeno en demasiado exceso, porque con mayor cantidad de O2 se comienza a producir menos CO2(ver gráfica)

Una buena medida para reducir la contaminación, quizás la mejor, es afinar el motor lo más frecuentemente posible. La afinación incluye la limpieza de las partes por las que fluye el aire hacia el interior del motor y la calibración de las válvulas de acceso.