Investigacion Combustibles en La Aviacion

COMBUSTIBLES EN LA AVIACION

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Ticoman

31 DE ENERO DE 2015

La técnica Al servicio de la patria…

Equipo:

Gómez Hernández Christian

Martínez Bonifacio Diana Karen

Ortega Morales Waldemar Emiliano

Serrano Gómez Joshua

San Agustín Saúl Chazarin

Vázquez Téllez Irving Eduardo

Vega Rodríguez Jorge

Fundamentos de Motores de Combustión Interna ESIME U Ticoman

1

Índice

Introducción…………………………………………………………………………………………….……………2

Definiciones………………………………………………………………………………………………….….…..3

Propiedades de los combustibles…………………………………………………………………………..5

Numero de Octano……………………………………………………………………………………..…………6

Detonación/ Índice de Octano……………………………………………………………………………....7

Numero de potencia Mecánica………………………………………………………………………………9

Actores de Detonación………………………………………………………………………………………….10

Clasificación de los combustibles…………………………………………………………………….…….12

Combustibles Sólidos………………………………………………………………………………..12

Combustibles Líquidos……………………………………………………………………………...14

Combustibles Gaseosos…………………………………………………………………………....17

Clasificación de los combustibles en aviación………………………………………………………..19

Requisitos de calidad de los combustibles para la aviación………………………………..….21

Grados de las gasolinas utilizadas en aviación…………………………………………………….…23

Aditivos………………………………………………………………………………………………………….………24

Combustión en los motores rotativos…………………………………………………………….………25

Procesos de combustión y análisis de los

productos de la combustión…………………………………………………………………………….……29

Impacto Ambiental………………………………………………………………………………………………..34

Principales contaminantes……………………………………………………………………………….……34

Biocombustibles…………………………………………………………………………………………………….35

Combustibles Alternativos……………………………………………………………………………………..37

Conclusión………………………………………………………………………………………………………..……40

Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………….42


2

INTRODUCCIÓN


3

DEFINICIONES

Combustible: Llamamos combustible a toda sustancia natural o artificial, en estado sólido, líquido o gaseoso que, combinada con el oxígeno produzca una reacción con desprendimiento de calor. Para que una sustancia sea considerada como combustible a nivel industrial deberíamos exigirle algunos requisitos más, por ejemplo:

disponibilidad en grandes cantidades

bajo costo de operación (obtención, transporte y almacenaje)

aplicabilidad (poder quemarla con la tecnología actual)

poder calorífico razonable Poder calorífico: Es la energía liberada en la combustión completa de una unidad de combustible una vez que los productos se llevan a las mismas condiciones de presión y temperatura que los reactivos. Poder calorífico inferior (Qi): El agua producto de la combustión se considera en estado de vapor. Poder calorífico superior (Qs): El agua producto de la combustión se considera en estado líquido. Dependiendo de si el proceso se da a presión o a volumen constante tendremos dos poderes caloríficos distintos: Qp y Qv. En general los procesos de combustión que se presentan en las calderas son a presión constante, o prácticamente constante. En ese caso la relación entre el Qps y el Qpi es:

Qps= Qpi+ 9.H.hfg (Para aquellos combustibles que no tienen agua en su composición)

H = cantidad de hidrógenos en el combustible hfg= entalpía de cambio de estado del agua a 1 ata

Combustión: Se entiende por combustión, la

combinación química violenta del oxígeno (o

comburente), con determinados cuerpos

llamados combustibles, que se produce con

notable desprendimiento de calor. Para que se

produzca la combustión, las 3 condiciones ya

nombradas deben cumplirse, es decir que sea:

una combinación química, que sea violenta y que

produzca desprendimiento de calor.

Analizaremos una por una:


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Debe haber combinación química, los productos finales una vez producida la

combustión debe ser químicamente distintos a los productos iníciales.

Ej. : Antes de producirse la combustión tenemos combustible y oxígeno. Producida la

combustión ya no tenemos combustible y oxigeno mezclado, sino gases de combustión.

La combinación química debe producirse violenta e instantáneamente.

Ej. : Una lámina de hierro colocada en la intemperie se va a oxidar lentamente, luego de

cierto tiempo, al combinarse con el oxígeno del aire. Pero esto no es combustión sino

oxidación, porque el desprendimiento de calor se produce muy lentamente después de

un tiempo.

Debe haber un desprendimiento de calor, se debe liberar cierta cantidad de calor.

Para que se produzca la combustión se necesita oxígeno, el cual se encuentra en el aire, el que

desperdiciando los gases que se encuentran en pequeña proporción, está constituido por 23 %

de oxígeno y 77% de nitrógeno. También es necesario que la temperatura en algún punto de la

mezcla de oxígeno y combustible, adquiera un determinado valor.

Una combustión se considera imperfecta, cuando parte del combustible, que entra en reacción,

se oxida en grado inferior al máximo, o no se oxida. La combustión es completa cuando el

combustible quema en su totalidad, ya sea perfecta o incompleta.

Todos los combustibles utilizados en los diversos procesos industriales están constituidos

únicamente por dos sustancias químicas, el carbono y el hidrógeno los cuales están unidos entre

sí, formando los diversos combustibles utilizados.

La propagación de calor debe cesar para un valor finito de la velocidad de inflamación. Por lo

tanto, la buena combustión está comprendida dentro de dos valores, límites definidos de la

velocidad de inflamación de la llama, y son los llamados límites inferiores de inflamación que se

produce cuando falta combustible, y límite superior de inflamación que es cuando falta oxígeno.

La forma de producirse la combustión varía según el estado del combustible, lo cual veremos a

continuación:

Los combustibles son elementos que se los utilizan en los procesos industriales para la

producción de calor. Son formaciones de origen orgánico, animal o vegetal, que sufrieron los

efectos de los movimientos y plegamientos terrestres. Están constituidos principalmente por

carbono e hidrógeno, los que según vimos al combinarse con el oxígeno queman, desprendiendo

calor. El carbono es el elemento que constituye el mayor porcentaje volumétrico del

combustible, constituyendo el 80 a 90 % volumen del mismo. El carbono no arde directamente,

sino que es llevado al estado de incandescencia por el hidrógeno. El hidrógeno constituye el 5 o

6 % de los combustibles sólidos y el 8 al 15 % de los líquidos.

La presencia del oxígeno en la molécula de combustible, le resta al mismo poder calorífico, ya

que, se va a combinar con parte del hidrógeno que tiene, para formar agua.

En el combustible también se puede encontrar el azufre desde 0.5 % en combustible líquidos

hasta 1 o 1.5 % en carbones, y el nitrógeno (en carbones) de 0.7 hasta 9.3 %.


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PROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES

Las propiedades más relevantes de los combustibles son:

La composición (y contenido de impurezas).

La entalpia estándar de reacción (también llamada poder calorífico, en valor absoluto).

La densidad y coeficiente de dilatación (para el almacenamiento y transporte).

La entalpia de vaporización (conviene que sea baja);

la presión de vapor (conviene que sea alta para que no haya que gasificar

artificialmente).

Los límites de ignición (por chispa), auto inflamación y extinción.

La toxicidad.

La compatibilidad con otros materiales (tubos, juntas, válvulas, bombas, etc.).

Punto de fluidez: temperatura más baja a la cual el combustible líquido fluye en las

cañerías en condiciones normales.

Viscosidad cinemática: medida de la resistencia del fluido al escurrimiento. Se

determinan en viscosímetros, midiendo el tiempo que demora el combustible en

escurrir a través de un orificio calibrado.

Viscosidad dinámica: es el cociente entre la viscosidad cinemática y la densidad.-

Flash Point: temperatura más baja del combustible a la que se forman vapores

inflamables.

Límites de inflamabilidad: porcentaje de gas presente en la mezcla gas-aire.

Hay dos: límite inferior y límite superior.

Para que la combustión se produzca la mezcla se debe encontrar entre estos dos

valores.

Límite Inferior Limite Superior

Metano 5% 15%

Propano 2% 10%

Butano 1.8% 8.4%

Acetileno 2.5% 80%

Hay dos tipos de análisis que caracterizan a un combustible

a) Análisis próximo. En este ensayo se determina:-contenido de humedad-contenido de volátiles-contenido de carbono fijo-contenido de cenizas)

b) Análisis último. Indica la cantidad de cada componente elemental del combustible (carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre, etc.)Para combustibles sólidos y líquidos esta composición se da en porcentaje en peso, mientras que para combustibles gaseosos se de en porcentaje en volumen.


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NUMERO DE OCTANO Numero de octano (NO): Parámetro utilizado para la medición de la mayor o menor tendencia

a la detonación.

Es una propiedad esencial en los carburantes utilizados en los motores de encendido por

chispa, es decir en motores que emplean bujías y que siguen un ciclo termodinámico en el que

su comportamiento se asemeja al descrito por el Ciclo Otto.

En efecto, la eficacia del motor aumenta con altos índices de compresión, pero solamente

mientras el combustible utilizado soporte ese nivel de compresión sin sufrir combustión

prematura o detonación.

Los combustibles empleados en MEP deben poseer una baja tendencia a la autoinflamacion

(Evitar detonación).

El valor numérico del NO de un combustible indica el porcentaje en volumen de iso-octano

(NO=100) contenido en una mezcla con n-heptano (N=0) que muestra el mismo

comportamiento respecto a la detonación que dicho combustible. Es usual la aditivación para

alcanzar NO elevados.

Al ser el NO una escala relativa que se define el Índice de Potencia (Performance Number) para

aquellos combustibles con NO superior a 100.

Métodos de medida estandarizados en motor monocilíndrico:

Research Octane Number(RON)

Motor Octane Number (MON) (Mayor esfuerzo Térmico)

RON- MON = Sensibilidad del Combustible


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DETONACIÓN / ÍNDICE DE OCTANO

La detonación es la inflamación súbita de la mezcla en el cilindro. Es una forma de combustión muy irregular, distinta de la normal.

En condiciones normales de funcionamiento las bujías inflaman la mezcla carburada y la llama se propaga rápidamente por todo el volumen de la cámara de combustión.

El término propagación progresiva de la llama, es la clave de la combustión normal; señala que transcurre un tiempo, aunque corto, en producirse.

Ahora bien, la propagación de la llama es diferente en unas condiciones anormales de funcionamiento que se conocen como detonación. Cuando un motor funciona con detonación, la presión que origina la parte de la mezcla que se inflama contra la que no se ha inflamado todavía es tan alta, que provoca su inflamación espontánea, en una explosión precipitada. La figura es una muestra de la oscilación de la presión del gas en la cámara de combustión en condiciones de funcionamiento normal y con detonación.


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Nótese, en particular, el pico alto que alcanza la presión de gas que se produce en fase de detonación. Las vibraciones del motor y la acción irregular de la presión del gas sobre el pistón dan origen a un ruido característico (perdigoneo), que identifica la detonación.

El funcionamiento en este régimen produce sobrecalentamiento del motor y hay pérdida de potencia, además de la posible aparición de averías mecánicas internas importantes.

La resistencia del combustible a detonar se mide por el índice de octano, referencia que se

adoptó de forma experimental. Se descubrió que las gasolinas ricas en heptano, un hidrocarburo

con siete átomos de carbono, eran muy detonantes, y a la inversa, las gasolinas con gran

proporción de isoctano tenían gran resistencia a la detonación.

El índice de octano asegura que una gasolina probada en un motor experimental se comporta, desde el punto de vista de la detonación, igual que una mezcla de gasolina que tiene como porcentaje de isoctano el número indicativo de la gasolina, y el resto, hasta 100, de heptano. Así, una gasolina de 98 octanos se comporta en el motor experimental de laboratorio igual que una gasolina mezcla de 98% de isoctano y 2% de heptano.

En la imagen se puede ver un pistón afectado por detonaciones.

La gasolina se mezcla con compuestos antidetonantes para aumentar su resistencia a la detonación, empleándose el plomo tetraetilo (TEL). Antiguamente se usaban el plomo tetra metilo, anilina y níquel tetracarbonilo.

Pero esto presenta algún inconveniente, como la formación de óxido de plomo, que es un compuesto que se adhiere a las superficies internas de la cámara de combustión, pudiendo dar lugar a puntos calientes. Además funde a temperatura elevada y no se volatiliza fácilmente. Por esta razón se añade a la gasolina con plomo dibromuro de etilo.

La cantidad de tetraetilo de plomo que se mezcla con la gasolina de aviación es pequeña.


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NUMERO DE POTENCIA MECÁNICA:

El índice de octano se quedó pronto pequeño con la aparición de gasolinas muy refinadas que superaban el poder antidetonante del isoctano. Por ello se definió el Número de Potencia.

Este expresa el porcentaje de potencia máxima (libre de detonación) que se puede obtener del motor que emplea dicha gasolina, comparada con la potencia, también sin detonación, que se obtiene en el mismo motor con isoctano, o con una gasolina de Octano 100.

Se expresa normalmente con dos índices, separados por una barra vertical (por ejemplo

100/115). El primer número indica el NP que se puede obtener funcionando el motor con mezcla

pobre y el segundo funcionando con mezcla rica. La capacidad antidetonante de una gasolina es

mayor con mezcla rica, porque el combustible en exceso actúa de refrigerante en la cámara de

combustión y disminuye la temperatura del gas en la cámara, alejando el peligro de detonación.


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ACTORES DE DETONACIÓN

Todas las variables que tienden a aumentar la temperatura de la mezcla que entra en el cilindro son factores de riesgo de detonación.

La temperatura de la mezcla es el factor simple más importante que afecta a la detonación. Así pues, son factores que favorecen la detonación:

Relación de compresión del motor alta, porque aumenta la temperatura de la carga de aire que se introduce en el cilindro.

Temperatura del aire ambiente alta.

Temperatura de culata de cilindros alta.

Presión de admisión alta.

Aunque no es el caso actual, se daba con relativa frecuencia la creencia errónea de que un motor puede suministrar mayor potencia con una gasolina de mayor octanaje que el mínimo necesario para estar libre de detonación.

Si un motor funciona sin detonación con una gasolina de 87 octanos, ninguna potencia adicional

se obtiene por usar gasolina de 100 octanos. Lo que ocurre es que el empleo de gasolina de 100

octanos permitirá diseñar un motor similar pero con

mayor compresión.

Esta última variable si es un factor que determina un aumento teórico de la potencia del motor. El aumento de la relación de compresión significa una mayor carga de aire (mezcla) en los cilindros.

También es cierto que si un motor tiene problemas de detonación con el empleo de gasolina de 87 octanos, y no puede desarrollar toda la potencia de que es capaz por la marcha irregular del motor, el empleo de gasolina de 100 octanos podrá, en su caso, eliminar la detonación y permitir explotar todas las posibilidades de potencia del motor.

El avance del encendido depende principalmente de la velocidad de propagación de la llama, por lo que hay que tener en cuenta que cambiando el octanaje, cambiamos la velocidad de propagación de la llama y por lo tanto el avance del encendido (aunque bien sabemos que este bien fijado por el calado de las magnetos, una gasolina diferente tiene características diferentes, produciendo cambios en su comportamiento).

En los motores de aviación es necesario aumentar el avance al encendido al aumentar la altura

de vuelo, ya que disminuye la velocidad de la llama y la presión de alimentación.

Un motor viene diseñado para el uso de un combustible de octanaje determinado, por lo que

siempre será aconsejable usar el combustible especificado. Si por algún motivo no está

disponible el especificado, puede usarse de mayor octanaje ocasionalmente, no habrá peligro

de detonación, pero el motor tendrá un régimen de trabajo diferente al calculado, con lo que

aunque funcione aparentemente bien o incluso mejor, está sufriendo. Lo que nunca hay que

hacer, es echarle de menor octanaje, ya que pueden aparecer detonaciones que pueden


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conllevar graves averías mecánicas internas en el motor, aparte de perdida de rendimiento,

mala refrigeración , etc., etc..

Numero de Cetano:

Los combustibles para MEC deben poseer elevada tendencia a la autoinflamacion (

Evitar marcha dura)

Numero de Cetano (NC): Parámetro de medida de la tendencia a la autoinflamacion de un

combustible, estrechamente relacionada con el tiempo de retraso.

El valor numérico de NC indica el

porcentaje en volumen del n-

Cetano (C16H34)(NC=100)

contenido en una mezcla con

metilnaftaleno(C10H7CH3)(NC=0)

en ensayos estandarizados.

Otras propiedades

Densidad (MEP y MEC), Viscosidad (MEC)

Estabilidad en almacenamiento

Compatibilidad con materiales

Propensión a contaminación Bacteriológica

Conductividad eléctrica (Peligro por electricidad estática)

Normativas:

Europa: Gasolinas EN 228-Gasoleo EN 590

España: Empleo de los estándares europeos según R.D. 61/2006

EEUU: ASTM D 4814 /ASTM D 910 “Standard Specification for Aviation Gasolines”

PREENCENDIDO

El preencendido es la combustión prematura de la mezcla en el cilindro debido a la presencia de puntos calientes en la cámara de combustión, normalmente focos incandescentes de carbonilla, depósitos metálicos en las bujías, etc.

No ha de confundirse con el autoencendido, que es por alcance de presión, densidad y temperatura críticas de la mezcla, dando lugar a su auto ignición.

La evolución de la presión del gas durante el preencendido no muestra oscilaciones violentas, como en la detonación, pero hay una pérdida de potencia del motor porque la combustión se produce a destiempo, pudiendo forzar al pistón a desplazarse hacia atrás, ya que la combustión se produce antes de que el pistón llegue al punto muerto superior.


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CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES

Según la norma UNE 23010 se clasifican en:

Fuego de Tipo A: Son fuegos de materiales sólidos, y generalmente de naturaleza orgánica donde la combustión se realiza normalmente con formación de brasas (madera, tejidos, etc.)

Fuego de Tipo B: Son fuegos de líquidos o sólidos licuables (gasolina, grasas, etc.)

Fuego de Tipo C: Son fuegos de gases. Por ejemplo butano, gas natural Un concepto que se debe tener presente es que ningún cuerpo arde en su masa o volumen, sino que lo que se quema son los vapores que se desprenden al alcanzarlas temperaturas de ignición, inflamación o autoinflamación.

COMBUSTIBLES SÓLIDOS

El proceso de combustión de estos combustibles

difiere bastante con respecto a los combustibles

líquidos y los gaseosos.

La buena o mala combustión del

sólido depende de la facilidad del

acceso del aire ala diversas partículas del combustible. Estas deben estar distribuidas

uniformemente sobre la superficie de combustión, no se debe encontrar amontonado o

agolpado.

El proceso de combustión de un sólido está dividido en cuatro períodos o fases a saber:

Secado del combustible: Al comenzar a recibir calor, el combustible se seca, evaporando

la humedad que posee, convirtiéndose en vapor de agua.

La destilación: Comienza cuando se ha evaporado toda la humedad del combustible.

Este se compone de hidrocarburos más simples, comenzando a quemar los más volátiles

(requieren menor temperatura de inflamación.

Al aumentar la temperatura debido a la combustión de los primeros hidrocarburos que

queman se alcanzan las condiciones para que se quemen los hidrocarburos menos

volátiles, casi todos los componentes activos del combustible.

Quemadas todas las sustancias volátiles, la llama se apaga. Quedando las cenizas del

sólido, considerándose la escoria y los componentes inactivos.

Entre ellos podemos encontrar:


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Maderas: utilizados como combustibles en bosques o en estufas hogareñas (poder calorífico

hasta 4500 cal / Kg. secos).

Carbones fósiles: cuantos más antiguos son los restos orgánicos y mayores presiones soportan,

mayor es la cantidad del carbón.

Antracita: son los carbones más antiguos. Tienen

gran contenido de carbono y pocos materiales

volátiles y oxígeno. (NS = 7800 a 8600 cal /kg).

Hulla: son los carbones más utilizados en la

industria, se distingue tres tipos: hulla seca, hulla

grasa y la hulla magra.

Hulla seca: hornos de arrabio y en la

producción de coque metalúrgico. (NS =

7500 cal / kg.)

Hulla grasa: en la producción de gas alumbrado y coque. (NS = 8300 a 8600 cal / kg.)

Hulla magra: desprende pocas materias volátiles. (NS = 7900 a 8370 cal / kg.).

Todas las hullas son de color negro o gris oscuro.

Lignito: son combustibles que proceden de la carbonización natural de la madera. Al quemarse

desprende el azufre provocando mal olor y daños en metales y estructuras. Hay dos tipos

distintos:

Lignitos perfectos: más antiguos (poder calorífico = 6000 cal / Kg.)

Lignitos leñosos: más jóvenes. (poder calorífico = 5000 a 5700 cal /Kg.)

Turba: son carbones de menor calidad. De 3200 a 4000 cal / Kg. = NS.

Residuos orgánicos: son restos muy grasos comprendidos entre los carbones y el petróleo.

Prácticamente no se utilizan.

Carbón vegetal o de leña: provienen de la carbonización de la madera. NS = 6000 a 7000 cal /

Kg., no contiene azufre.


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COMBUSTIBLES LÍQUIDOS

Al calentarse un combustible líquido, existe un período de destilación en el cual el líquido se

descompone en diversos componentes volátiles. Se debe distinguir dos casos según la forma en

que se queman. Si son suficientemente volátiles para

que al calentarse emitan vapores en suficiente cantidad

como para continuar ardiendo, se comporta como un

combustible gaseoso

En cambio, en los líquidos menos volátiles no es

necesario efectuar una vaporización para que se

produzca la combustión. En tal caso se forma una

mezcla de aire combustible, conservándose este último

en estado líquido todavía, aunque finalmente

pulverizado, constituyendo una mezcla carbónica. Por

ejemplo esta mezcla se produce en un carburador de un

motor a explosión.

El punto de inflamación es aquel para el cual el líquido desprende materias volátiles inflamables.

Cuando la temperatura y la presión alcanza determinado valor la propagación del frente de

combustión se hace más rápida que en condiciones normales. Los combustibles líquidos

presentan, en general, mejores condiciones que los sólidos para entrar en combustión.

Los combustibles líquidos son sustancias que se las obtienen por destilación, ya sea del petróleo

crudo o de la hulla. Sometiéndolos a procesos térmicos se puede obtener mayor diversidad de

productos derivados. El punto de inflamación es la temperatura a la cual el combustible, al ser

calentado y producirse la inflamación por un foco exterior, comienza a presentar por primera

vez una llama corta.

El punto de combustión, que se produce por encima del

punto de inflamación, es la temperatura a la cual el

combustible es capaz de proseguir por si solo la

combustión, una vez que este se ha iniciado en un punto

de su masa.

El punto de inflamación espontáneo, se produce a aquella

temperatura a la cual el combustible es capaz de entrar por

si solo en combustión, sin necesidad de un foco exterior

que la produzca. Este punto depende de la presión a la que

se halle sometido el líquido. Si la presión es mayor, menor

será la temperatura de inflamación.


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Entre los combustibles líquidos tenemos:

Petróleo: El petróleo, llamado también oro negro, se ha formado en épocas muy remotas. Su

origen responde a restos fósiles, depositados en las profundidades.

Los petróleos están constituidos por distintos hidrocarburos, de distintos grados de densidad y

volatilidad. La diversidad en las proporciones en los elementos que los componen, hacen que

difieran fundamentalmente las características del petróleo obtenido en lugar con respecto al

obtenido en otro sitio.

Los diversos subproductos

obtenidos, tanto en la dilatación

primaria como en la secundaria, son

sometidos a procesos de refinación,

con el objeto de eliminar los

componentes indeseables y nocivos

que puede contener los mismos. El

petróleo en estado crudo tiene muy

poco uso como combustible, pues

desprende vapores sumamente inflamables.

Si la destilación primaria y secundaria a la que se somete el petróleo se obtiene una gran

diversidad de subproductos, los principales de los cuales se indican en el cuadro siguiente

conjuntamente con el uso al que se los destina.

Nafta: Es un combustible altamente volátil, muy inflamable y es utilizado, sobre todo, como

combustible para motores a explosión. Su poder calorífico es 11000 cal / Kg.

Kerosene: Constituye un derivado menos volátil

e inflamable que la nafta. Su poder calorífico es

de 10500 cal / Kg. Se utiliza en calefacción y en

las turbohélices y reactores de las turbina de gas

de los motores de aviación.

Gas-oil: es denso, menos volátil que el petróleo.

Su poder calorífico es igual a 10250 cal / Kg. Se

lo utiliza mucho en calefacción y para hornos

industriales y metalúrgicos.

Diésel-oíl: es un subproducto obtenido de los

derivados más pesados del petróleo. Se quema

más lentamente que el gas-oil. Se utiliza sólo en

motores Diésel lentos en los cuales el combustible dispone más tiempo para quemar. Su poder

calorífico es de 11000 cal / Kg.


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Fuel-oíl: es un subproducto obtenido de los derivados más pesados del petróleo. Se quema con

dificultad. Su poder calorífico es igual a 10000 cal / Kg.

Alquitrán de hulla: es un subproducto obtenido de la fabricación del coque. Puede quemar

directamente pero se lo utiliza poco como combustible, usándolo sólo en hogares especiales

para este, que puedan vencer la viscosidad del mismo. Su poder calorífico es de 9100 cal /Kg.

Alquitrán de lignito: se lo obtiene de la destilación del lignito. Su poder calorífico es 9600 cal /

Kg. Es muy similar al gas-oil, pero al utilizarlo en motores diésel, su comportamiento es muy

inferior del de los derivados del petróleo.

Alcoholes: pueden quemar muy

fácilmente. Tienen diversos orígenes

(derivaciones de: petróleo, vino,

papas, etc.). Los alcoholes puros,

como combustibles tienen muy poco

uso. Su mayor empleo está en la

fabricación de mezclas con benzol,

bencina o naftas con objeto de

mejorar la calidad de las mismas.


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COMBUSTIBLES GASEOSOS

El estado gaseoso de los combustibles es que mayor facilidad brinda para que se produzca una

eficiente combustión, la cual recibe el nombre de explosión.

La facilidad de acceso del aire a las diversas partículas del combustible, hace que la propagación

se efectué en forma rápida.

Si la presión o la temperatura, alcanza un valor por arriba de un límite determinado, la

propagación adquiere valores muy grandes y deja de ser una explosión para ser una detonación,

en la cual la velocidad de la reacción química que se produce sea mucho mayor.

La velocidad de propagación en una onda detonante, para una combustión de hidrógeno y

oxígeno puro alcanza un valor 2000 m/s

El punto de inflamación de una mezcla está dado por la temperatura:

Para el acetileno 425 ºC

Para el metano 700 ºC

Para el hidrógeno 585 ºC

Para el óxido de carbono 650 ºC

Los combustibles gaseosos son los que mejores condiciones tienen para entrar en combustión.

Gas natural: Es el gas que se obtiene directamente

de los yacimientos petrolíferos. Este gas es el

encargado de empujar al petróleo a la superficie. Su

uso es muy utilizado en los alrededores de los

yacimientos. Su poder calorífico es de 9500 cal / m3.

Gas de alumbrado: Se lo denomina también gas de

hulla. Se lo obtiene de la combustión incompleta de

la hulla. Por cada 100 Kg. de carbón que se

carbonizan, se obtienen unos 30 o 35 metros

cúbicos de gas de alumbrado. Es un excelente combustible, usado principalmente para usos

domésticos y para pequeños hornos industriales. Su precio es elevado. Su poder calorífico es de

entre 4380 y 5120 cal / m3.

Acetileno: Se obtiene del tratamiento del carburo de calcio del agua. Es un excelente

combustible. Su poder calorífico es superior a 18000 cal / m3.

Gas de agua: Se obtiene haciendo pasar vapor de agua a través de una masa de carbón de coque

incandescente. Su poder calorífico es de 2420 cal / m3.

Gas de aire: Se lo obtiene haciendo pasar aire por un manto de hulla o lignito incandescente de

gran espesor. Su poder calorífico es de 1080 cal / m3.


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Gas pobre o mixto: se lo obtiene haciendo pasar una corriente de aire húmedo, es decir, una

mezcla de aire y vapor de agua a través de una masa de gran espesor de hulla o lignito

incandescente. La mezcla de vapor de agua y aire, quema parcialmente, produciendo cantidades

variables de óxido de carbono e hidrógeno, estas sustancias van a constituir los elementos

activos del gas mixto. Tiene un poder calorífico de entre 1200 y 1500 cal / m3.

Gas de altos hornos: Se obtiene de los hornos de fundición. Al cargar un alto horno con mineral

para obtener lingotes de hierro, se desprende una serie de gases que salen parcialmente

quemados y pueden ser posteriormente utilizados en la misma planta industrial como

combustible. Se los utiliza principalmente para la calefacción o para la producción de fuerza

motriz. Su poder calorífico es de 900 cal / m3.


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CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES PARA LA AVIACIÓN

En esta clasificación de combustibles se agrupan en:

- Gasolinas de aviación para motores de combustión interna de cuatro tiempos. (AVGAS)

- Combustibles de turbinas de aviación para utilización en turbohélices y reactores (JET-FUELS)

Las propiedades más importantes de las gasolinas de aviación para motores de combustión interna son las relativas al índice antidetonante y la volatilidad. La volatilidad del combustible tiene influencia en la mezcla y en el arranque en frio del motor. En los motores JET-FUELS no es importante el factor antidetonante, Grados e identificación de los combustibles de aviación. Los combustibles para la aviación se clasifican en grados, de acuerdo con su nivel mínimo antidetonante. Cuando la indicación viene en dos números (Ej.: 100/130) El primero de ellos indica el poder antidetonante con mezcla pobre Segundo al poder antidetonante con mezcla rica. Si el primer número indica por debajo de 100, entonces se refiere a Octanos y no a potencia mecánica, - Grado 80: Gradación 80/87 Octanos, con un contenido de plomo tetraetilo (TEL) de 1,14 gr/l. Color Rojo -Grado 100: Gradación 100/ 130, con un contenido de plomo tetraetilo de 0.85 gr/l. Color Verde.


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- Grado 100 LL: Gradación 100/ 130. Con un contenido de plomo tetraetilo de 0.56 gr/l. Color Azul. Nota: LL = Low Lead. Bajo contenido en TEL. Es el más utilizado en el mundo actualmente.


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REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES PARA LA AVIACIÓN.

Los requisitos más importantes de la calidad de los combustibles para la aviación es su capacidad antidetonante en un amplio espectro de operación. Contaminación en los combustibles para la aviación. Entre las causas que pueden provocar la contaminación de los combustibles para la aviación, hay que señalar al agua y a la suciedad, aunque es la primera la más común. Para comprobar si el combustible de aviación está contaminado es recomendable realizar una inspección de contaminación, drenando el depósito de combustible y buscando indicios de existencia de agua en el mismo. Evitar la contaminación. Para tratar de evitar la contaminación, en los combustibles para la aviación es recomendable

- Cambiar regularmente los filtros de combustible. (cada 100 horas) - Drenar los depósitos de combustible durante el prevuelo. (primer ciclo del día). - Llenar los depósitos después de cada vuelo o después del último vuelo del día, para

evitar que se condense la humedad en el depósito de combustible. Tipos de depósito de combustible de aviación.

Deposito Rígido. Son los más antiguos. Están formados por planchas metálicas unidas entre sí con tabiques internos para evitar desplazamientos incontrolados del combustible.

Deposito elástico o flexible. Están fabricados en materiales que permiten su adaptación a distintos lugares del avión, desde donde son comunicados con el sistema de combustible del avión.

Depósito Integral. Se encuentran integrados en la estructura del avión. Los utilizan los aviones comerciales.

Sistema de Purga (“Primer”) Este sistema permite incrementar la cantidad de combustible de aviación que entra en el cilindro para facilitar la puesta en marcha del motor. Puede ser manual o eléctrico. Este sistema suelen llevarlo los aviones en los que el suministro de gasolina es por gravedad Bombas mecánicas y eléctricas de combustible. Se suelen utilizar para asegurar un flujo continuo de combustible en el motor en determinadas situaciones tales como, despegues. Aterrizajes. etc. La bomba mecánica de combustible pertenece al conjunto del motor del avión y se encuentra situada en la parte posterior. Cuando la cantidad de combustible enviada por la bomba es superior a las necesidades del motor, el combustible sobrante pasa de nuevo a la entrada de la bomba por un circuito auxiliar. Con las bombas eléctricas, hay que comprobar el manual de operación del avión. Suelen ser auxiliares de las mecánicas. Suministro de gasolina del avión por gravedad. El suministro de combustible del avión por gravedad es un sistema utilizado principalmente en aviación ligera, generalmente en aviones de ala alta. Este sistema utiliza el efecto de la gravedad para que el combustible de aviación fluya, con la presión necesaria, desde el depósito de combustible al carburador. Este sistema suele incorporar una bomba de cebado. Selección de depósitos. (Gestión del combustible de aviación) La selección del depósito de donde se obtendrá el combustible de aviación, se realice por medio de una válvula selectora situada en la cabina de mando del avión.


22

Esta válvula tiene cuatro posiciones:

- OFF: El combustible está cortado. También se utiliza esta posición para situaciones de fuego en el motor, ya que actúa de corta-fuegos.

- LEFT: El combustible de aviación viene del depósito izquierdo, - RIGHT: El combustible de aviación es suministrado desde el depósito derecho - BOTH: Esta posición hace que el combustible de aviación fluya de los dos depósitos al

mismo tiempo. Es la posición “por defecto”. La selección debe efectuarse durante el rodaje y prueba del motor, pero nunca inmediatamente antes del despegue. Hay que llegar al destino final con un Remanente de 45 minutos. Por Legislación.

TAPÓN DE VAPOR

Se llama tapón de vapor (steam lock) a la tendencia que tiene una gasolina de aviación para evaporarse en exceso en las tuberías del sistema de combustible.

La formación de burbujas de gas en la gasolina dificulta o hace imposible el funcionamiento normal del motor. Las burbujas ocupan en el sistema de carburación mayor volumen que en estado líquido, disminuyendo la cantidad de combustible que pasa al cilindro. La tendencia de un combustible a formar tapones de vapor se relaciona mediante el vapor Reid (PVR). En aviación no solo se controla el valor máximo de vapor Reid, sino, también el mínimo.

El valor mínimo (0.38 kg/cm2 = 5.5 psi) se controla para facilitar la puesta en marcha del motor y un periodo de calentamiento corto. Pero más importante aún es el hecho de asegurar que la presión de vapor mínima es superior a la que pueda existir en vuelo en los depósitos y las tuberías del avión.

En el momento en que la presión en los depósitos es inferior a la presión de vapor Reid la

gasolina empieza a evaporarse, con el riesgo de obstaculizar las canalizaciones del sistema de

combustible. Una situación de este tipo se produce al aumentar la altura de vuelo, por el

descenso de la presión atmosférica. Si el techo de servicio del avión es alto, es necesario

presurizar los depósitos de combustible.

El valor máximo de la presión de vapor Reid para gasolina de aviación es 0.5 kg/cm2 (7 psi), para controlar el exceso de volatilidad en las tuberías de combustible.

Conviene tener en cuenta lo siguiente:

I. Aunque la gasolina para aviación se suministra con presión vapor mínima en torno a 0.4 kg/cm2, es cierto que la presión de vapor real puede ser menor cuando se transfiere a los depósitos del avión. Basta para ello que las cisternas o los bidones que contienen la gasolina hayan estado expuestos al sol, en verano, o que el avión haya permanecido estacionado durante bastante tiempo, con los depósitos vacíos o semivacíos. La presión de vapor de la gasolina disminuye cuando el avión con los depósitos llenos, se expone al sol (intenso) por algún tiempo.

II. Un ascenso muy rápido puede vaporizar una gran cantidad de combustible en los

depósitos.


23

GRADOS DE LAS GASOLINAS UTILIZADAS EN AVIACIÓN

La tabla adjunta muestra los grados disponibles en gasolinas para aviación. Se incluye el nuevo proyecto de gasolina sin plomo, conocida provisionalmente como Avgas 92.

En la actualidad se encuentra en el mercado europeo la gasolina Avgas 100LL, de bajo contenido en plomo. Los otros grados se producen en EEUU. El proyecto de gasolina sin plomo es el anticipo de nuevas regulaciones contra la emisión de productos contaminantes en la atmósfera, que incluirán también los motores alternativos de aviación.

La gasolina Avgas 100 LL tiene un octanaje de 95,5 en mezcla pobre, y un NP de 130 en mezcla

rica. Destaca su bajo contenido en plomo.


24

ADITIVOS

La gasolina se mezcla con compuestos antioxidantes, anticorrosivos y otros con el fin de aumentar su estabilidad durante el periodo de almacenaje, proteger las superficies metálicas del motor de la acción corrosiva de la propia gasolina, y proporcionar cualidades adicionales. Los aditivos más usuales son:

I. Aditivos antidetonantes.

II. Antioxidantes, que previenen la oxidación y formación de depósitos de goma en los

componentes del sistema de combustible.

III. Disipadores de estática. Son compuestos que disminuyen la carga eléctrica estática que

adquiere la gasolina cuando pasa, a gran velocidad, por el bequerel de las cisternas de

suministro. Estos aditivos no excluyen la necesidad de poner a masa el avión cuando se

efectúa el repostado.

IV. Anticorrosivos, que protegen contra la corrosión de las superficies metálicas del sistema

de combustible.

V. Antihielo, compuestos que disminuyen el punto de congelación del agua precipitada en

los depósitos de combustible.

VI. Inhibidores catalíticos, que disminuyen los efectos catalíticos del cobre y otros metales

sobre la oxidación prematura de la gasolina


25

COMBUSTION EN LOS MOTORES ROTATIVOS.

La combustión en el ciclo normal, abierto, de turbina de gas es un proceso continuo en el que el

combustible se quema en el aire suministrado por el compresor; una chispa eléctrica se requiere

sólo para iniciar el proceso de combustión, y, posteriormente, la llama debe ser auto-sostenible.

El diseñador tiene una considerable libertad en la elección de una configuración de cámara de

combustión y los requerimientos diferentes de aviones y unidades de base en tierra con

respecto al peso, volumen y área frontal puede resultar en solución ampliamente diferente. En

años recientes, el efecto de las restricciones estrictas sobre las emisiones de óxidos de nitrógeno

(NO) ha tenido un impacto importante en el diseño de la cámara de combustión, tanto para

aplicaciones industriales y aeronaves.

Los primeros motores de aeronaves usaban un bote (o tubular) como cámaras de combustión,

como se muestra en la figura, en la que el aire que sale del compresor se divide en un número

de corrientes separadas, cada uno es suministrado a una cámara separada.

Una ventaja principal de la cámara de combustión tipo bote es que el desarrollo podría llevarse

a cabo en un único bote, usar sólo una fracción del flujo de aire total y el flujo de combustible.

Los botes de combustión separados son todavía ampliamente utilizados en motores industriales,

pero los diseños actuales usan un sistema canular (o tubo-canular), donde los tubos individuales

de llama están espaciados uniformemente alrededor de una carcasa anular.


26

El proceso de combustión.

La combustión de un combustible líquido implica la mezcla de una pulverización fina de gotas

con aire, la vaporización de las gotas, la descomposición de los hidrocarburos pesados en

fracciones más ligeras, la mezcla íntima de moléculas de estos hidrocarburos con moléculas de

oxígeno, y por último, las reacciones químicas. A alta temperatura, tal como es proporcionada

por la combustión de una mezcla aproximadamente estequiométrica, es necesario que todos

estos procesos se produzcan con la suficiente rapidez para la combustión en una corriente de

aire en movimiento que se completará en un espacio pequeño. La combustión de un

combustible gaseoso implica menos procesos, pero gran parte de lo que sigue es aún aplicable.

Dado que el total de aire-combustible se encuentra en la región de 100:1, mientras que la

relación estequiométrica es de aproximadamente 15:1, la primera esencial es que el aire debe

ser introducido en etapas. Tres de estas etapas se pueden distinguir. Acerca de 15-20 por ciento

del aire es introducido alrededor del chorro de combustible en la zona primaria para

proporcionar la alta temperatura necesaria para la combustión rápida. 30 por ciento del aire

total se introduce entonces a través de agujeros en el tubo de la llama en la zona secundaria

para completar la combustión. Para alta eficiencia de combustión, este aire debe ser inyectado

con cuidado en los puntos adecuados en el proceso, para evitar el enfriamiento de la llama

localmente y reducir drásticamente la velocidad de reacción en esa zona. Finalmente, en la zona

terciaria o de dilución, el aire restante se mezcla con los productos de la combustión para que

se enfríen a la temperatura requerida en la entrada a la turbina. Suficiente turbulencia debe ser

promovida para que las corrientes caliente y fría se mezclen a fondo para dar la distribución de

temperatura de salida deseada, sin corrientes calientes, pues puedan dañar los álabes de

turbina.

El método zonal de introducir el aire no puede por sí mismo dar una llama auto-pilotaje en una

corriente de aire que se desplaza en un orden de magnitud más rápido que la velocidad de la

llama en una mezcla de combustión. La segunda característica esencial es por lo tanto un patrón

de flujo de recirculación que dirige algo de la mezcla de quemado en la parte posterior en la

zona primaria para el combustible entrante y aire. Una forma de lograr esto se muestra en la

figura, cual es típico de la práctica británica. El combustible se inyecta en la misma dirección que

la corriente de aire, y el aire primario se introduce a través paletas radiales, conocidos como

deflectores de turbulencia, de modo que el movimiento de vórtice resultante induce una región

de baja presión a lo largo del eje de la cámara. Este movimiento de vórtice a veces mejorado

mediante la inyección de aire secundario a través de rampas cortas tangenciales en el tubo de

llama, en lugar de a través de orificios lisos como en la figura. El resultado neto es que los gases

de combustión tienden a fluir hacia la zona de baja presión, y una parte de ellos se dirige hacia

el chorro de combustible, como se indica por las flechas.


27

Muchas otras soluciones para el problema de obtener una llama estable son posibles. Una

práctica americana es dispensar con los deflectores de turbulencia y conseguir la recirculación

por una cuidadosa colocación de agujeros en el flujo superior del tubo de la llama de un deflector

hemisférico como en la figura 6,3 (a) y la figura 6.3 (b), que muestran una posible solución

utilizando flujos superiores de inyección lo que da buena mezcla del combustible y el aire

primario. Es difícil evitar el sobrecalentamiento del inyector de combustible, sin embargo, y la

inyección de flujos superiores se emplea más para postquemadores (o "recalentadores") en el

tubo de chorro de motores de avión que en los sistemas de combustión principal.

Finalmente, la figura 6,3 (c) ilustra un sistema de vaporizador en el que se inyecta el combustible

a baja presión en tubos con forma de bastón colocados en la zona primaria. Una mezcla rica de

vapor de combustible y las corrientes de aire de los tubos de vaporizador en la dirección

ascendente para mezclar con el aire primario restante pasa a través de agujeros en un deflector

alrededor de las tuberías de suministro de combustible. El sistema de combustible es mucho

más simple, y la dificultad de disponer de una adecuada distribución de gotas finas en el rango

de operación del flujo de combustible es superado. El problema en este caso es evitar un local

"agrietamiento" del combustible en los tubos del vaporizador con la formación de depósitos de

baja conductividad térmica que conduce al sobrecalentamiento y al agotamiento. Los sistemas

de vaporizador son particularmente adecuados para cámaras de combustión anulares donde es

inherentemente más difícil de obtener una satisfactoria distribución de combustible-aire con

chorros de gotas de inyectores de alta presión, y se han utilizado en varios motores de aeronaves

exitosas. Los bastones originales en forma de tubos han sido sustituidos en los motores

modernos por más compacto y resistentes mecánicamente en forma de T, el vaporizador es


28

mostrados en la figura 6.4. Sotheran (1), la historia del desarrollo del vaporizador es de Rolls-

Royce.

Habiendo descrito la forma en que se lleva a cabo el proceso de combustión, ahora es posible

ver cómo la combustión incompleta y las pérdidas de presión surgen. Cuando no se debe

simplemente al inyector de combustible con un diseño que conduce a una inyección pobre de

gotas de combustible se llevan a lo largo de la pared del tubo de la llama, la combustión

incompleta puede ser causada por enfriamiento local de la llama en los puntos de entrada de

aire secundario.

Esto puede reducir fácilmente la velocidad de reacción hasta el punto que algunos de los

productos en los que el combustible se ha descompuesto se dejan en su estado parcialmente

quemado, y la temperatura en el extremo de corriente descendentes de la cámara es

normalmente inferior a la que la combustión de estos productos se puede esperar que tenga

lugar. Dado que los hidrocarburos más ligeros en la que el combustible se ha descompuesto

tiene una temperatura de ignición más alto que el combustible original, que es claramente difícil

de evitar el enfriamiento, sobre todo si el espacio es limitado y el aire secundario no puede ser

introducido gradualmente suficiente. Si los dispositivos se utilizan para aumentar en gran escala

de turbulencia y así distribuir el aire secundario de manera más uniforme a lo largo de los gases

de combustión, la eficiencia de la combustión se mejora pero a expensas de la pérdida de

presión creciente. Un compromiso satisfactorio de alguna manera debe ser alcanzado.


29

PROCESOS DE COMBUSTIÓN Y ANÁLISIS DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN

La combustión es un conjunto de reacciones de oxidación con desprendimiento de calor, que se

producen entre dos elementos: el COMBUSTIBLE, que puede ser un sólido (Carbón, Madera,

etc.), un líquido (Gasóleo, Fuel-Oíl, etc.) o un gas (Natural, Propano, etc.) y el COMBURENTE,

Oxígeno.

La combustión se distingue de otros procesos de oxidación lenta, por ser un proceso de

oxidación rápida y con presencia de llama; a su vez también se diferencia de otros procesos de

oxidación muy rápida (detonaciones, deflagraciones y explosiones) por obtenerse el

mantenimiento de una llama estable.

Para que la combustión tenga lugar han de coexistir tres factores:

a) COMBUSTIBLE.

b) COMBURENTE.

c) ENERGÍA DE ACTIVACIÓN.

Estos tres factores se representan en el denominado triángulo de combustión, en el cual si falta

alguno de los vértices la combustión no puede llevarse a cabo.

Figura 1: Triángulo de la Combustión

El comburente universal es el oxígeno, por lo que en la práctica se utiliza el aire como

comburente, ya que está compuesto, prácticamente, por 21% Oxígeno (O2) y 79% Nitrógeno

(N2); únicamente en casos especiales se utilizan atmósferas enriquecidas en oxígeno e incluso

oxígeno puro (por ejemplo en soldadura). La energía de activación es el elemento

desencadenante de la reacción de combustión; en los quemadores habitualmente suele

obtenerse mediante una chispa eléctrica entre dos electrodos, en las calderas individuales de

gas se obtiene por llama piloto, tren de chispas, etc.

La mayoría de los combustibles, al margen de que sean sólidos, líquidos o gaseosos, están

compuestos, básicamente, por Carbono (C) e Hidrógeno (H); además de estos componentes

principales tienen otros como Azufre (S), Humedad (H2O), Cenizas, etc.


30

En primer lugar se analiza la combustión desde el punto de vista de sus componentes

fundamentales (C, H); posteriormente se comentará la influencia de los restantes elementos.

Las reacciones de combustión son:

C + O2 C O2 + Calor (28,09 kWh/kgCO2)

2 H2 + O2 2 H2O + Calor (39,47 kWh/kgH2)

ESTEQUIMETRIA DE LAS COMBUSTIONES

Las consideraciones siguientes se refieren al uso de aire como comburente, ya que es el utilizado

en la práctica totalidad de las instalaciones de calderas.

La estequiometria de la combustión se ocupa de las relaciones másicas y volumétricas entre

reactivos y productos. Los aspectos a determinar son principalmente:

1. Aire necesario para la combustión

2. Productos de la combustión y su composición

Para predecir estas cantidades es preciso referirse a un proceso ideal que dependa de unos

pocos parámetros, básicamente la naturaleza del combustible. Para definir este proceso ideal

se consideran los tipos de combustión que pueden darse:

COMBUSTIÓN COMPLETA

Conduce a la oxidación total de todos los elementos que constituyen el combustible. En el caso

de hidrocarburos:

Carbono CO2

Hidrogeno H2O

Azufre SO2

Nitrógeno N2

Oxigeno Participará como oxidante

El Nitrógeno se considera como masa inerte, si bien a las altas temperaturas de los humos

pueden formarse óxidos de nitrógeno en pequeñas proporciones (del orden de 0,01%).

COMBUSTIÓN INCOMPLETA

Los componentes del combustible no se oxidan totalmente por lo que aparecen los

denominados inquemados, los más importantes son CO y H2; otros posibles inquemados son

carbono, restos de combustible, etc.

La cantidad de aire utilizada es superior a la correspondiente a la combustión estequiometria,

pero a pesar de ello, debido fundamentalmente a que no se ha logrado una buena mezcla entre

el combustible y el aire, los componentes del combustible no se oxidan totalmente.

Respecto a la combustión incompleta con defecto de aire, en los productos de la combustión

también se tiene oxígeno; en casos extremos en los humos puede haber carbono y combustible

sin quemar.


31

El calor producido es inferior al de la combustión completa (Q2 Q).

La combustión estequiometria prácticamente es irrealizable, lo que obliga a operar con excesos

de aire con el fin de lograr combustiones completas.

El calor producido en la combustión completa es independiente del exceso de aire, pero el

aprovechamiento de este calor es tanto menor cuanto mayor es el exceso de aire con el que se

trabaja, ya que una parte del calor de la combustión se utiliza en calentar a los humos y éstos

aumentan con el exceso de aire; por todo ello, en la práctica se buscan combustiones completas

con los menores excesos de aire posibles; esto se consigue con una adecuada puesta a punto de

los elementos que intervienen en la combustión (líneas de combustible, quemadores, calderas

y chimeneas) y un correcto mantenimiento.

Para obtener una correcta combustión debe lograrse una buena mezcla del combustible con el

aire; en este sentido los combustibles gaseosos presentan mayor facilidad de mezcla que los

líquidos y éstos a su vez más que los sólidos; por este motivo pueden obtenerse menores

excesos de aire con los combustibles gaseosos.

COMBUSTIÓN ESTEQUIOMETRICA

Es la Combustión Completa realizada con la cantidad estricta de oxígeno; es decir, el aire

empleado en la combustión es el mínimo necesario para contener la cantidad de oxígeno

correspondiente a la oxidación completa de todos los componentes del combustible.

La combustión estequiometria permite definir los parámetros característicos de los

combustibles:

PODER COMBURIVORO

Es la cantidad de aire seco, medida en condiciones normales (Tª =0°C y P=1atm), mínima

necesaria para la combustión completa y estequiometria de la unidad de combustible.

Unidades habituales: Nm3/kg Combustible, Nm3/Nm3Combustible.

Es un parámetro característico únicamente de la composición del combustible y puede tabularse

con facilidad.

PODER FUMIGENO

Es la cantidad de productos de la combustión (Nm3) que se producen en la combustión

estequiometria de la unidad de combustible.

En función de considerar o no el vapor de agua existente en los productos de la combustión, se

tienen Poderes Fumígenos Húmedo y Seco, respectivamente.

COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE

La mayor parte de las combustiones no transcurren en estas condiciones ideales (completa y

estequiométrica), el principal aspecto a considerar será la posibilidad de que la combustión

transcurra con exceso o defecto de aire, para caracterizar la proporción de oxigeno se define el

parámetro “coeficiente de exceso de aire”:


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n = volumen aire por unidad de combustible / Poder Comburívoro

n = 1: Combustión Estequiométrica

n < 1: Defecto de aire, se dice que la mezcla es rica

n > 1: Exceso de aire, se dice que la mezcla es pobre

Así la combustión puede ser clasificada en:

COMBUSTIÓN CON DEFECTO DE AIRE (CON MEZCLA POBRE)

La cantidad de aire utilizada no contiene el oxígeno necesario para oxidar completamente a los

componentes del combustible.

CxHy + n2 (O2 + N2) CO2 + CO + H2 + H2O + 0,79 n2 N2 + Calor (Q1)

Además de los productos normales de la combustión, Dióxido de carbono (CO2) y Agua (H2O),

se producen inquemados como el Monóxido de Carbono (CO) e Hidrógeno (H2); en algunos

casos con mucho defecto de aire puede haber incluso carbono y combustible sin quemar, en los

humos.

El calor producido es inferior al de la combustión completa (Q1 Q).

COMBUSTIÓN CON EXCESO DE AIRE (CON MEZCLA RICA)

En este caso la cantidad de aire aportada es superior a la correspondiente a la combustión

estequiométrica; la combustión en estas condiciones puede ser completa o incompleta.

ENTALPÍA DE COMBUSTIÓN:

Es la energía presente durante una reacción exotérica entre sustancias combustibles y el oxígeno

en presencia de una fuente de calor.

Es el calor liberado, a presión constante, cuando se quema un mol de sustancia.

Ejemplo:

CH4 (g) + 2O2 (g) => 2CO2 (g) + 2H2O (l) ΔH = -212.8 Kcal

Lo que significa que cuando se queman 16 g de metano se desprenden 212.8 Kcal.

Estas entalpías se determinan normalmente a 25°C y 1 atm. Para determinar la entalpía estándar

de formación de las sustancias, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

La entalpía estándar de formación de los elementos puros, libres y tal como se

encuentran en su estado natural es cero.

El carbono se presenta a 25°C 1 atm de presión y en el estado sólido, de varias formas:

diamante, grafito, antracita, hulla, coke, etc., pero su estado estándar se define para el

grafito, o sea ΔHf25° del grafito es igual a cero.

http://www.monografias.com/trabajos36/metano/metano.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/atm/atm.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/ciclos-quimicos/ciclos-quimicos.shtml#car

http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml


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El azufre se presenta en dos estados alotrópicos, el rómbico y el mono cíclico; su entalpía

estándar se define para el rómbico o sea ΔHf25° del rómbico es igual a cero.

ENTALPÍA ESTÁNDAR de una ecuación general:

Se calcula restando las entalpías estándares de formación de los reactivos de las entalpías

estándares de formación de los productos, como se ilustra en la siguiente ecuación:

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml


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IMPACTO AMBIENTAL

Durante mucho tiempo se consideró a la atmósfera como un recurso infinito e imposible de

alterar en su composición. Sin embargo, con el desarrollo industrial y urbano le han arrojado

cantidades considerables de otros gases y partículas sólidas provocando un desequilibrio en la

concentración de sus componentes, situación que ha preocupado al hombre por las

consecuencias que pueden derivarse. La contaminación de la atmosfera se debe a 2 tipos de

causas: 1.- Natural: La ocasiona la naturaleza, como por ejemplo las erupciones volcánicas o los

vientos que arrastran polvo y otro tipo de partículas. 2.- Antropogénica: Es la originada por el

hombre, por ejemplo, la combustión de las industrias, en los sistemas de transporte, en la

incineración incontrolada de la basura y por la calefacción doméstica y de oficina.

PRINCIPALES CONTAMINANTES

Óxidos de Carbono: Durante el consumo de los combustibles fósiles (petróleo y sus derivados),

se desprenden 2 gases compuestos de Carbono y Oxígeno: Bióxido de Carbono (CO2) y el

Monóxido de Carbono (CO).

CO2: Es un componente natural del aire, en pequeñísimas cantidades, es un producto normal

de procesos como la respiración, la descomposición y la combustión completa de todos los

compuestos orgánicos. Combustión completa: CO: Es un gas venenoso producido por una mala

combustión de materia orgánica, en ella el Carbono no se oxida completamente. El CO se forma

principalmente por una combustión incompleta de los vehículos de combustión interna, por lo

que su abundancia se presenta en zonas urbanas, esta contaminación afecta al sistema nervioso

central, provoca dolores de cabeza, fatiga, somnolencia y problemas cardiacos.

· Bióxido de Azufre (SO2): Es el contaminante gaseoso más nocivo para el hombre; en

concentraciones mayores daña los pulmones; es un potente irritador de los ojos y de la piel;

incluso destruye el esmalte de los dientes. Óxidos de Nitrógeno: El Monóxido de Nitrógeno (NO),

y el Bióxido de Nitrógeno (NO2). Ambos se forman cuando la combustión tiene lugar a altas

temperaturas; ejemplo, el motor de un automóvil, estufas, hornos y quemadores. Estos son el

producto de la oxidación del N atmosférico o bien de la oxidación del N orgánico del

combustible. Hidrocarburos (HC): Presentes en la atmósfera, con excepción del Metano, se

deben a varias causas: 1.- HC no quemados durante la combustión. 2.- Compuestos orgánicos

volátiles que se escapan a la atmósfera durante la refinación del petróleo, manufactura química,

aplicación de solventes. 3.- HC volátiles que se forman durante la combustión.


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BIOCOMBUSTIBLES

La industria de la aviación se ha marcado como objetivo para 2050 reducir a la mitad las

emisiones de CO2 del transporte aéreo, que hoy suponen un 2% del total de emisiones globales.

Para alcanzarlo, los biocombustibles van a jugar un papel clave. Ya se están desarrollando

biocarburantes extraídos de cultivos no alimentarios, como la camelina. En un futuro próximo,

la producción a gran escala vendrá de las micro algas.

El sector de la aviación transporta al año 2.200 millones de pasajeros en todo el planeta y es un

elemento esencial en una sociedad globalizada. Según las estimaciones de la Asociación

Internacional de Transporte Aéreo (IATA), en 2050 los pasajeros serán ya 16.000 millones. El

crecimiento constante del tráfico plantea a la industria de la aviación comercial el reto

simultáneo de atender esta demanda y reducir las emisiones que genera.

Primer vuelo con bioqueroseno.

En España, Repsol e Iberia han tomado la iniciativa y en octubre impulsaron el primer vuelo en

nuestro país con bioqueroseno. Un Airbus 320, de los que Iberia utiliza habitualmente, realizó

el trayecto entre Madrid y Barcelona empleando como carburante una mezcla de 25% de

biocombustible y 75% de queroseno tradicional.

El bioqueroseno empleado en este vuelo fue obtenido del aceite de la camelina, una planta

oleaginosa no comestible, y Repsol se hizo cargo de la obtención, análisis de alto rendimiento,

distribución y logística del combustible. Para realizar el vuelo con este biocarburante no hubo

que realizar ninguna adaptación en los motores del avión y se estima que supuso una reducción

en las emisiones de 1.500 Kg. de CO2.

Biocarburantes sostenibles para la aviación

La camelina es un cultivo herbáceo oleaginoso que produce una cantidad importante de aceite

y que “además, tiene la particularidad de que se puede

cultivar en climas templados y fríos, como el de

España”, afirma Fernando Temprano, director de

Tecnología de Repsol. Su adaptación a suelos de bajo

rendimiento y su resistencia a heladas y sequías, “nos

va permitir ampliar las materias primas que podemos

utilizar para producir bioenergía”.

Los biocombustibles de 2ª generación, como el

producido a partir de la camelina, son aquellos

considerados sostenibles porque se extraen de plantas que no compiten con los cultivos

alimentarios, ni por los terrenos, ni por recursos como el agua.

Otra de las plantas que están en desarrollo para fabricar biocombustibles de 2ª generación es la

jatrofa. Algunas compañías aéreas ya han realizado vuelos de prueba utilizando este

bioqueroseno y Repsol ya cuenta con proyectos para desarrollar a gran escala este cultivo. “El


36

plazo que contemplamos para producir cantidades importantes de ese aceite es de 3 ó 4 años,

porque es una planta que, lógicamente, tarda en crecer”, explica Temprano.

El aceite extraído de estas plantas se procesa según un procedimiento de refino conocido como

hidrotratamiento, que consiste en someter esos aceites vegetales a una reacción química con

hidrógeno, catalizador y alta temperatura, y que da lugar a unos hidrocarburos que tienen una

composición química idéntica al queroseno de origen fósil. Gracias a ello pueden alimentar los

motores sin necesidad de introducir modificaciones y su origen vegetal permite reducir el

balance global de emisiones de CO2.

Micro algas: la nueva generación de biocombustibles

La demanda creciente de biocombustibles no va a ser cubierta solo por aquellos extraídos de

cultivos terrestres, como la jatrofa o la camelina. Los expertos anticipan que la gran reserva para

los bioquerosenos de aviación vendrá de las algas. “Estamos apostando también por los

biocombustibles de 3ª generación como las micro algas, que son los sistemas vivos de origen

vegetal que crecen más rápido, producen más aceite y que aprovechan más el sol”, afirma

Fernando Temprano.

Repsol tiene un ambicioso programa de producción de biocombustibles utilizando micro algas.

A partir de una labor de investigación desarrollada en el Centro de Tecnología Repsol, se va a

iniciar próximamente su producción a escala Semi-industrial.


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COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS

Los combustibles alternativos tienen, generalmente, menos emisiones que contribuyan al smog,

la contaminación del aire y el calentamiento global. La mayoría de estos no provienen de fuentes

fósiles finitas y son sostenibles, por lo que pueden ayudar a las naciones a convertirse en

energéticamente independientes.

Los combustibles alternativos se derivan de recursos distintos del petróleo y a menudo,

producen menos contaminación que la gasolina o el diésel. Hoy en día su uso empieza a hacerse

un poco más frecuente, y el mundo de la aviación no ha sido la excepción. Dentro de este tipo

de combustibles podemos encontrar los siguientes:

Etanol. Una alternativa basada en alcohol al fermentar y destilar cosechas, como las de maíz,

cebada o trigo. Puede ser mezclado con gasolina para incrementar los niveles de octano y

mejorar la calidad de las

emisiones. Positivo: Los materiales son

renovables. Negativo: Los subsidios al

etanol tienen un impacto negativo en

los precios de los alimentos y su

disponibilidad.

Gas natural. El gas natural es un

combustible que quema limpio y está

disponible ampliamente en muchas

partes del mundo a través de

instalaciones que suministran gas

natural a las casas y las empresas.

Positivo: Camiones y coches con motores diseñados especialmente producen menos

contaminación perjudicial que la gasolina o el diésel. Negativo: La producción de gas natural crea

metano, un gas de invernadero que es 21 veces peor que el CO2 para el calentamiento global.

Electricidad. La electricidad puede ser usada como un combustible alternativo para los vehículos

eléctricos o de celdas de combustible. Los vehículos movidos con electricidad almacenan la

energía en baterías que se recargan enchufando el vehículo en una fuente convencional de

electricidad. Los vehículos de celdas de combustible se mueven con electricidad que es

producida a través de una reacción electroquímica, que ocurre cuando el hidrógeno y el oxígeno

se combinan.

http://quenergia.com/energias-renovables/residuos-agrarios-para-producir-bioetanol/


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Aspecto positivo: Las celdas de combustible producen electricidad sin combustión ni

contaminación. Negativo: Mucha electricidad se genera hoy de carbón o gas natural, dejando

una gran huella de carbono.

Hidrógeno. El hidrógeno puede ser mezclado con gas natural para crear un combustible

alternativo para vehículos

que usen ciertos tipos de

motores de combustión

interna. El hidrógeno

también se usa en vehículos

de celdas de combustible

que se mueven con

electricidad producido por la

reacción electroquímica

cuando el hidrógeno y el

oxígeno se combinan en la

celda. Positivo: No emisiones

dañinas. Negativo: Costoso.

Biodiesel. Combustible alternativo basado en grasas vegetales o animales, aún aquellas

recicladas de restaurantes que las han usado para cocinar. Los motores de vehículos pueden ser

convertidos a quema de biodiesel en su forma más pura, y este también puede ser mezclado

con diésel y usado en motores no modificados.

Positivo: El biodiesel es seguro, biodegradable, reduce los contaminantes del aire asociado a las

emisiones de vehículos, tales como micro partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos.

Negativo: limitadas infraestructuras de producción y distribución.

Metanol. El metanol, también conocido como alcohol de madera, puede ser usado como

combustible alternativo en vehículos flexibles en ese sentido, que están diseñados para usar

M85, una mezcla de 85% de metanol y 15% de gasolina, pero los fabricantes no están

produciendo más vehículos para ser movidos con metanol.

Positivo: El metanol podría convertirse en un importante combustible alternativo en el futuro

como fuente del hidrógeno que necesitan los vehículos de celdas de combustible.

Negativo: Los fabricantes no están produciendo más vehículos que utilicen metanol.


39

Combustibles P Serie. Los combustibles P Serie son una mezcla de etanol, líquidos del gas

natural y metiltetrahidrofurano, un solvente derivado de biomasa. Los combustibles P Serie son

combustibles alternativos claros y de alto octanaje que puede ser usado en vehículos flexibles.

Los combustibles P Serie pueden ser usados solos o mezclados con gasolina en cualquier

proporción al adicionarlo simplemente en el tanque, aunque los fabricantes no están

produciendo vehículos para este tipo de combustible.

Entre 2008 y 2011, al menos diez aerolíneas y varios fabricantes de aviones realizaron vuelos de

prueba con varias mezclas que contienen hasta un 50% de combustible biojet. Estas pruebas

demostraron que el combustible biojet era técnicamente sólido, y se hicieron las siguientes

observaciones:

No se requirieron modificaciones a la aeronave

El Combustible biojet podría ser mezclado con combustible convencional

El motor de encendido con este tipo de mezcla, mostró una mejora en la eficiencia del

combustible en algunos casos

Para el 2011, 21 aerolíneas han realizado más de 1.600 vuelos comerciales de pasajeros con

mezclas de combustible biojet hasta un 50% de aceite de cocina usado, jatrofa, camelina y algas

Aerolíneas involucrados: * KLM, Lufthansa *, Finnair, Interjet, Aeroméxico, Iberia, Thomson

Airways *, Air France, United Airlines, Alaska Airlines *, Thai Airways, LAN, Qantas, Jetstar,

Porter, Gol, Air Canada, bmi, Nextjet, SAS y Norwegian (* indica ya una serie de vuelos regulares

biojet)

Lufthansa completó con éxito una serie de seis meses de los vuelos comerciales para estudiar el

efecto a largo plazo del

combustible biojet en los

motores, señalando sin efectos

adversos.

Además, KLM realizó 26 vuelos

de larga distancia en 2013

demostrando que es posible

organizar y coordinar una

compleja cadena de suministro y

volar vuelos regulares sobre el

combustible biojet.

En todo el mundo, grupos de

múltiples partes interesadas (compañías aéreas, aeropuertos, fabricantes de aeronaves,

gobiernos, productores y proveedores de biomasa y biocombustibles) están trabajando juntos

en iniciativas para la introducción de combustibles biojet. Algunos ejemplos incluyen CAAFI (US),

ABRABA (Brasil), Aireg (Alemania), Bioqueroseno (España), el Plan de Vuelo (México), AISAF

(Australia) y otros proyectos se están llevando a cabo en China, Canadá, los Emiratos Árabes

Unidos, Qatar, Escandinavia y más.


40

CONCLUSION

En conjunto, el combustible de aviación se refiere a los distintos tipos de propulsores que se

usan para operar motores de un jet (turbina de gas, turborreactores o turbo ventilador). Se

aplica principalmente en la aviación, aunque también es importante para botes de propulsión,

generadores de propulsión y otras aplicaciones de propulsión, así como motores diesel cuando

sean necesarios. Ahora, la mayoría de los combustibles de aviación funcionan a base de

queroseno y los tipos varían dependiendo de la composición química y de los tipos de aditivos

que se usen en éste.

JET A-1 Es el combustible utilizado en las turbinas de los motores a reacción en aviación civil. Es

un queroseno que procede de la destilación del crudo de petróleo, que es la materia prima de

la industria de refino.

Su función principal es suministrar potencia al avión, siendo parámetros clave su contenido

energético y la calidad de combustión.

Las principales características de este combustible son:

• Combustible para motores a turbina

• Incoloro o ligeramente amarillo

• Densidad media 0,8 kg/l aprox.

• Inflamable a temperaturas superiores a 38 ºC en presencia de llama o chispa.

• Gran potencia calorífica que permite obtener la máxima energía posible con el

mínimo peso.

• Pequeña volatilidad para evitar las pérdidas por evaporación y los peligros de

incendio en caso de accidente.

• Temperaturas muy bajas del punto de cristalización, ya que a las alturas a las que se

desplazan los aviones, las temperaturas son muy bajas.

• Gran estabilidad del producto, con el objetivo de que no se vea afectado por

procesos de oxidación, así como un alto grado de estabilidad térmica.

• Además de proveer la energía, el combustible es también usado como fluido

hidráulico en los sistemas de control del motor y como refrigerante para ciertos

componentes del sistema de combustible.

JP-8 Es un queroseno aditivado con el fin de mejorar sus propiedades para uso militar. Este

producto debe cumplir la especificación MIL-DTL-83133, según la cual durante su fabricación

se aditivará con CI/LI (corrotion inhibitor/lubricity improver o inhibidor de

corrosión/mejorador de lubricidad), FSII (fuel system icing inhibitor o antihielo) y SDA (static

disipator aditive o aditivo mejorador de la conductividad).

Además, de acuerdo con esta especificación, el JP-8 puede contener aditivo AO (antioxidant o

antioxidante) o MDA (metal deactivator o desactivador de metales). Para poder añadir

desactivador de metales en la formulación del JP-8 el productor, de acuerdo a la norma, debe

contar con la autorización expresa y por escrito del comprador y el usuario del producto.


41

Las principales características de este combustible son:

• Combustible para aviación militar.

• Incoloro o ligeramente amarillo.

• Densidad dentro del rango 0,775 – 0,840 kg/l

• Inflamable a temperaturas superiores a 38 °C en presencia de llama o chispa.

• Punto de congelación -47ºC

AVGAS 100 LL es una gasolina de aviación especialmente indicada para los motores de

explosión. Las especificaciones del AVGAS 100 LL son restrictivas para asegurar los

requerimientos de seguridad de las aeronaves, tanto en tierra como en aire (necesidad de

acomodarse a distintas temperaturas y presiones).

Las principales características del Avgas 100 LL:

• Combustible para motores de pistón

• Color azul

• Densidad media 0,7 kg/l aprox.

• Inflamable a temperatura ambiente en presencia de llama o chispa

Además, AVGAS 100 LL es una mezcla compleja de hidrocarburos volátiles que contienen

hidrocarburos parafínicos, nafténicos, olefínicos y aromáticos, con cadenas de carbono entre

cuatro y 12 átomos de carbono (C4 y C12).

JP-5 Es un combustible derivado del queroseno, con un punto de inflamabilidad de al menos

60º, un punto de congelación de -46º y de color amarillo. Su composición es una mezcla de

distintos hidrocarburos, con alcanos, cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos.

Fue desarrollado en 1952 para los reactores embarcados en portaaviones, donde el riesgo de

incendio era particularmente alto. El JP-5 se mantiene como el principal combustible para la

aviación embarcada con motores de reacción.


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BIBLIOGRAFÍA

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M. Muñoz, F Payri. Servicio de Publicaciones E.T.S.I.I. de Madrid, 1989.

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Motor Fuels Technical Review.

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Internal Combustion Engines

R.K Singal. Katson Books 2012

Basic Mechanical Engineering

R. K. Rajput, Laxmi Publications Ltd, 2009

Documents

Investigacion Combustibles en La Aviacion