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¿A qué se le llama combustión?
La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.
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¿Qué es el calor de combustión?
Los fenómenos térmicos son aquellos que están relacionados con la emisión y la absorción del calor. Estos fenómenos pueden ser encontrados en cada actividad que el hombre realiza diariamente: el calentamiento de la atmósfera por la radiación solar, la climatización de los locales por medio del aire acondicionado, la cocción de los alimentos y su refrigeración.
Una característica general de los fenómenos térmicos es que existen cuerpos que ceden energía en forma de calor, y otros que son capaces de absorber dicha energía. Con el objetivo de caracterizar cuantitativamente la emisión o la absorción del calor, se ha establecido el concepto cantidad de calor.
La cantidad de calor (Q) se define como la energía cedida o absorbida por un cuerpo de masa (m), cuando su temperatura varía en un número determinado de grados. La cantidad de calor (Q) está relacionada directamente con la naturaleza de la sustancia que compone el cuerpo. La dependencia de la cantidad de calor con la naturaleza de la sustancia se caracteriza por una magnitud denominada calor específico de la sustancia.
El calor específico de la sustancia se representa con la letra C y se define como la cantidad de calor requerida por la unidad de masa de una sustancia para variar su temperatura en 1 °C. El calor específico (C) se expresa en unidades de energía [joule (J), kilocaloría (kcal), caloría (cal), etc.)] por unidades de masa [(gramo (g), kilogramo (kg), libra (lb), etc.] y temperatura [grado centígrado (°C)].
La fórmula que permite determinar la cantidad de calor (Q) cedida o absorbida por un cuerpo de masa (m) y calor específico (C), cuando su temperatura inicial (ti) varía hasta la temperatura final (tf,), se puede calcular mediante la fórmula: Q = C m (tf - ti ).
En esta fórmula, el resultado numérico de la cantidad de calor (Q) se expresa en unidades de energía: J, kcal o cal. A partir de esta fórmula es posible apreciar que la cantidad de calor (Q) es directamente proporcional a la masa (m) del cuerpo, su calor específico (C) y a la diferencia de temperaturas: (tf - ti).
Un cuerpo de masa (m) puede variar su temperatura inicial mediante un fenómeno térmico si absorbe o cede cierta cantidad de calor (Q). Al considerar que la energía no puede ser creada ni destruida de acuerdo con la ley de conservación de la energía, entonces la energía absorbida (o cedida) por un cuerpo debe, en principio, ser cedida (o absorbida) por otro cuerpo. En estos procesos de emisión y absorción de energía desempeña un papel muy importante el proceso de combustión, ya que en un número considerable de fenómenos térmicos se logra el desprendimiento de energía de los cuerpos, mediante su combustión.
Durante la combustión de los cuerpos, el desprendimiento de calor se realiza de forma diferente de acuerdo con las características físicas y químicas del cuerpo en cuestión. Una magnitud que permite caracterizar cuantitativamente el desprendimiento de calor de los cuerpos durante la combustión, es el denominado calor específico de combustión, que se representa con la letra l.
Se define el calor específico de combustión (l) como la cantidad de calor (Q) que cede la unidad de masa del cuerpo al quemarse totalmente. El calor específico de combustión (l) se expresa en unidades de energía (J) por unidades de masa (kg) y depende del tipo de combustible. Iguales masas de combustibles diferentes, desprenden diferentes cantidades de calor (Q) al quemarse totalmente. De otro modo, masas diferentes del mismo combustible desprenden, también, diferentes cantidades de calor (Q). La cantidad de calor (Q) desprendida por cierta masa (m) de combustible, al quemarse totalmente, puede ser calculada mediante la fórmula: Q = l m.
El calor específico de combustión generalmente se relaciona con los materiales considerados como combustibles tradicionales (petróleo, carbón, alcohol, leña, etc.), pero también puede ser asociado con los combustibles alternativos; por lo que es importante conocer las potencialidades combustibles de diferentes materiales que no se emplean con frecuencia en la combustión, mediante el conocimiento de sus calores específicos de combustión.
Para poder apreciar con más claridad las potencialidades combustibles de los materiales que se emplean en la combustión para lograr el desprendimiento de energía térmica, resulta posible iniciar el análisis con el conocimiento de los calores específicos de combustión de dichos materiales
Saludos
Reacción de
combustión.
El principal
protagonista de la combustión es el oxígeno. La vida no sería posible sin él; y
la combustión, tampoco. Pero para que se produzca una reacción de combustión
hace falta también un combustible.
- El alcohol, el butano o la madera
son combustibles.
- Las piedras o el casco de un
bombero, sin embargo, son incombustibles.
La combustibilidad es
una propiedad característica de la materia, pues permite diferenciar las
sustancias que arden de las que no arden.
La combustión es un
tipo de reacción química en la que los reactivos son el combustible y el
oxígeno del aire, y los productos suelen ser (aunque no siempre) dióxido de carbono
y vapor de agua. Fijémonos en los siguientes ejemplos.
- Butano + oxigeno ⇒ dioxido de carbono + agua
- Alcohol +
oxígeno ⇒ dióxido de carbono + agua
- Carbono + oxígeno ⇒ dióxido de carbono
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Energía desprendida en la combustión
de un gramo de sustancia.
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Combustible
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Valor energético
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Madera
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~18 MkJ/g
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Carbón (antracita)
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31 MJ/g
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Gasolina
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49 MJ/g
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Gas natural
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53 MJ/g
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Hidrógeno
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142 MJ/g
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Reacción exotérmica
Se denomina
reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende energía, es
decir con una variación negativa de entalpía.
Se da
principalmente en las reacciones de oxidación. Cuando ésta es intensa puede dar
lugar al fuego. Cuando reaccionan entre sí dos átomos de hidrógeno para formar
una molécula, el proceso es exotérmico.
H· + h· → H:H ΔH = -104 kcal/mol
Son cambios
exotérmicos el paso de gas a líquido (condensación) y de líquido a sólido
(solidificación).
La reacción
contraria se denomina endotérmica.
Un ejemplo de
reacción exotérmica es la combustión.
Las reacciones de
combustión son exotérmicas: desprenden energía; ésta es una de las aplicaciones
más importantes: se utilizan como fuente de energía.
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Energía desprendida en la combustión
de un gramo de sustancia.
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Combustible
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Valor energético
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Madera
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~18 MkJ/g
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Carbón (antracita)
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31 MJ/g
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Gasolina
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49 MJ/g
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Gas natural
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53 MJ/g
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Hidrógeno
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142 MJ/g
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Reacción endotérmica
Se denomina
reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe
energía.
Si hablamos de entalpía (H), una reacción endotérmica es aquélla que tiene un incremento de
entalpía o ΔH positivo. Es decir, la energía que poseen los productos es mayor
a la de los reactivos.
Ejemplo de
reacción endotérmica
Un ejemplo de
reacción endotérmica es la producción del ozono (O3). Esta reacción ocurre en las capas altas de la atmósfera, gracias a la radiación ultravioleta proporcionada por la energía del Sol. Esta misma reacción también ocurre
en las proximidades de las descargas eléctricas en una situación de tormenta
eléctrica.
3O2 +
ENERGÍA da lugar a 2O3 ; ΔH > 0
BUTANO
La
principal aplicación del gas BUTANO es la de combustible en hogares para la
cocina y agua caliente, y en los mecheros de gas. No suele consumirse en grandes
cantidades debido a sus limitaciones de transporte y almacenaje. No es adecuado
para su transporte vía gasoductos ya que por su alta temperatura de
licuefacción se podría condensar en las conducciones. De hecho se eliminan los
restos de butano y propano del gas natural por este motivo.
ETANOL
Además
de usarse con fines culinarios (Bebida alcohólica), el etanol se utiliza
ampliamente en muchos sectores industriales y en el sector farmacéutico, como
principio activo de algunos medicamentos y cosméticos (es el caso del alcohol
antiséptico 70º GL y en la elaboración de ambientadores y perfumes). Es un buen
disolvente, y puede utilizarse como anticongelante.
La industria química lo utiliza como compuesto de partida en la síntesis de
diversos productos, como el acetato de etilo (un disolvente para pegamentos,
pinturas, etc.), el éter dietílico, etc. También se aprovechan sus propiedades
desinfectantes. Se emplea como combustible industrial y doméstico. En el uso
doméstico, se emplea el alcohol de quemar. Éste además contiene compuestos como
la piridina o el metanol u otras sustancias denominadas desnaturalizantes, que
impiden su uso como alimento, ya que el alcohol para consumo suele llevar
impuestos especiales. En algunos países, en vez de etanol se utiliza metanol
como alcohol de quemar.
