Combustibles
Combustible es cualquier material capaz de liberar energía
cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor poco a
poco. Supone la liberación de una energía de su forma potencial (energía de enlace) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía mecánica (motores térmicos)
dejando como residuo calor (energía térmica) ,dioxido de carbono y
algun otro compuesto quimico. En general se trata de sustancias
susceptibles de quemarse, pero hay excepciones que se explican a continuación.
Hay varios tipos de combustibles:
- Entre los combustibles sólidos se incluyen el carbón, la madera y la turba. El carbón se quema en calderas para calentar agua que puede vaporizarse para mover máquinas a vapor o directamente para producir calor utilizable en usos térmicos (calefacción). La turba y la madera se utilizan principalmente para la calefacción doméstica e industrial, aunque la turba se ha utilizado para la generación de energía y las locomotoras que utilizaban madera como combustible eran comunes en el pasado.
- Entre los combustibles fluidos, se encuentran los líquidos como el gasóleo, el queroseno o la gasolina (o nafta) y los gaseosos, como el gas natural o los gases licuados de petróleo (GLP), representados por el propano y el butano. Las gasolinas, gasóleos y hasta los gases, se utilizan para motores de combustión interna.El combustible se utiliza en autos lo que contamina grandes ciudades y tambien el medio ambiente
En los cuerpos de los animales, el combustible principal está constituido por carbohidratos, lípidos, proteínas, que proporcionan energía para el movimiento de los músculos,
el crecimiento y los procesos de renovación y regeneración celular,
mediante una combustión lenta, dejando también, como residuo, energía
térmica, que sirve para mantener el cuerpo a la temperatura adecuada
para que funcionen los procesos vitales.
Se llaman también combustibles a las sustancias empleadas para producir la reacción nuclear en el proceso de fisión, aunque este proceso no es propiamente una combustión.
Tampoco es propiamente un combustible el hidrógeno, cuando se utiliza para proporcionar energía (y en grandes cantidades) en el proceso de fusión nuclear, en el que se funden atómicamente dos átomos de hidrógeno para convertirse en uno de helio,
con gran liberación de energía. Este medio de obtener energía no ha
sido dominado en su totalidad por el hombre (salvo en su forma más
violenta: la bomba nuclear de hidrógeno, conocida también como Bomba H) pero en el universo es común, específicamente como fuente de energía de las estrellas.
Características
La principal característica de un combustible es el calor desprendido por la combustión completa una unidad de masa (kilogramo) de combustible, llamado poder calorífico, se mide en julios partido por kilogramo, en el sistema internacional (SI) (normalmente en kilojulios por kilogramo, ya que el julio es una unidad muy pequeña). En el obsoleto sistema técnico de unidades, en calorías partido por kilogramo y en el sistema anglosajón en BTU por libra.
Tabla de poderes caloríficos de sustancias combustibles[cita requerida]
| Combustible | MJ/kg | kcal/kg |
|---|---|---|
| Gas natural | 53,6 | 12 800 |
| Acetileno | 48,55 | 11 600 |
| Propano Gasolina Butano |
46,0 | 11 000 |
| Gasoil | 42,7 | 10 200 |
| Fueloil | 40,2 | 9 600 |
| Antracita | 34,7 | 8 300 |
| Coque | 32,6 | 7 800 |
| Gas de alumbrado | 29,3 | 7 000 |
| Alcohol de 95º | 28,2 | 6 740 |
| Lignito | 20,0 | 4 800 |
| Turba | 19,7 | 4 700 |
| Hulla | 16,7 | 4 000 |
Combustibles fósiles
Los combustibles fósiles se formaron hace millones de años a partir
de restos orgánicos de plantas y animales muertos. Durante miles de años
de evolución del planeta, los restos de seres vivos que lo poblaron en
sus distintas etapas se fueron depositando en el fondo de mares, lagos y
otras masas de agua. Allí se cubrieron por sucesivas capas de
sedimentos. Las reacciones químicas de descomposición y la presión
ejercida por el peso de esas capas durante millones de años,
transformaron esos restos orgánicos en lo que ahora conocemos como
combustibles fósiles. Son recursos no renovables, o mejor dicho, son
renovables, pero harían falta millones de años para su renovación, y en
algún momento, se acabarán. Por el contrario, otros combustibles, como
la madera solamente requieren años para su renovación.
Químicamente, los combustibles fósiles son mezclas de compuestos orgánicos mineralizados que se extraen del subsuelo con el objeto de producir energía por combustión.
El origen de esos compuestos es materia orgánica que, tras millones de
años, se ha mineralizado. Se consideran combustibles fósiles al carbón, procedente de la madera de bosques del periodo carbonífero, el petróleo y el gas natural, procedentes de otros organismos.
Entre los combustibles fósiles más utilizados se encuentran los derivados del petróleo: gasolinas, naftas, gasóleo, fuelóleo; los gases procedentes del petróleo (GLP): butano, propano; el gas natural, y las diversas variedades del carbón: turba, hullas, lignitos, etc.
Los Combustibles Fósiles
Se llaman combustibles fósiles a aquellas materias primas emplea en combustión que se han formado a partir de las plantas y otros organismos vivos que existieron en tiempos remotos en la Tierra. El carbón en todas sus variedades, el petróleo y el gas natural son por distintas de presentarse estos productos.
Se llaman combustibles fósiles a aquellas materias primas emplea en combustión que se han formado a partir de las plantas y otros organismos vivos que existieron en tiempos remotos en la Tierra. El carbón en todas sus variedades, el petróleo y el gas natural son por distintas de presentarse estos productos.
El
carbón, el lignito y la turba, por ejemplo, tienen su origen en los restos
oceánicos de árboles y plantas de bosques que se hundieron en el agua de
pantanos, se pudrieron como consecuencia de la acción del agua y las bacterias,
se fueron cubriendo poco a poco de capas sucesivas de fangos que solidificaron y
se convirtieron en rocas. El petróleo, por su parte, procede probablemente de la
composición bacteriana de restos animales y vegetales (principalmente plancton)
en grasas, que existían en las proximidades de lagos y mares.
Al depositarse en
el fondo de éstos, o al ser cubiertos por las aguas, lo fueron también por capas
de sedimentos, descomponiéndose y dando origen a productos combustibles en
estado liquido, como el petróleo o el gas natural. El carbón, el petróleo y el
gas natural son compuestos orgánicos, formados fundamentalmente por
hidrocarburos. A partir de ellos se obtienen otros combustibles derivados y
subproductos que son luego empleados como materias primas en diversos procesos
químicos orgánicosy sus derivados
Combustibles fluidos (liquidos)
-
Alcoholes. En los últimos años se ha trabajado en el desarrollo de
motores aptos para funcionar con metanol o etanol, productos obtenidos a
partir de madera y cana de azúcar. En Brasil se ha llegado a
comercializar un combustible liquido compuesto
de etanol y gasolina.
-
Petróleo bruto natural. Es un líquido viscoso y oscuro que se encuentra
en el subsuelo, algunas veces a gran profundidad, de donde se extrae
por medio de perforaciones. La producción mundial de petróleo puede
llegar a 3 000 millones de Tm al año, de las cuales la mitad se produce
en la zona de Oriente Medio y el resto, en orden decreciente, en URSS,
EEUU, África, Amé rica del Sur, etc. El comercio internacional del
petróleo utiliza como unidad el barril, que equivale a 159 litros.
El
petróleo crudo se somete a una destilación fraccionada o por etapas,
que consiste en calentarlo a distintas temperaturas en orden creciente,
con lo cual se consigue que se desprendan primero los vapores de los
productos más volátiles. La gasolina, hasta 180 ºC; hasta 280 ºC se
desprende el queroseno o petróleo industrial; el gasóleo a los 350 OC
los aceites de engrase y el fuel-oil se obtienen utilizando temperaturas
más elevadas y, por último, queda el alquitrán como subproducto final.
Como
el porcentaje de gasolina que se obtiene de la destilación del petróleo
es relativamente pequeño, dado el gran consumo actual, en las
refinerías se reprocesan los otros productos más densos mediante un
método llamado «crackingx., que los transforma en gasolina.
Estos
combustibles derivados del petróleo son mezclas de hidrocarburos de
moléculas complejas que al arder se combinan químicamente con el oxigeno
del aire desprendiendo energía calorífica, dióxido de carbono, vapor de
agua y, en menor cantidad, otros gases que dependen de los aditivos del
combustible y de las condiciones de su combustión.
Los
combustibles derivados del petróleo ocupan el primer lugar entre los que
se emplean para la industria, el transporte y la calefacción.
-
Gasolina. Es un combustible liquido, de densidad 0,75 y de potencia
calorífica 32 000 Kcal/l, muy volátil. A la temperatura ordinaria ya
emite vapores que forman mezclas explosivas con el aire, por lo que se
prohibe a los automovilistas repostar con el motor en marcha, mantener
las luces encendidas, fumar, etc.
Se comercializan distintos
tipos de gasolina: normal, de 91 octanos, y super, de 97 octanos. El
llamado índice de octanos indica fundamentalmente su diferente capacidad
para resistir las altas presiones y temperaturas, dentro del cilindro
del motor, sin que se produzca detonación, es decir, autoencendido con
anticipación al encendido por la chispa de la bujía. Por eso la gasolina
normal es la adecuada para los motores de media compresión y para los
que están algo desgastados por el uso, mientras que la gasolina super se
emplea para los de alta compresión y prestaciones.
Para mejorar
su capacidad antidetonante y hacerlas menos corrosivas, las gasolinas
contienen aditivos como el tetraetilo de plomo que, por ser contaminante
de la atmósfera, se está sustituyendo por otros más inocuos. Por esta
razón ya se está comercializando otro tipo de gasolina, llamada sin
plomo.
- Queroseno o petróleo industrial. Es un líquido
transparente, algo más denso que la gasolina y menos inflamable, que se
utiliza como combustible en los motores a reacción y de turbina de gas.
Se utiliza también como disolvente y para calefacción
doméstica.
-
Gasóleo. Es un líquido de aspecto algo aceitoso, de densidad 0,85 y
potencia calorífica de 42 000 Kcal/kg. Su principal aplicación es como
combustible de los motores diesel gracias a su propiedad de inflamarse
cuando se le somete a elevadas presiones y temperaturas.
En la
actualidad este combustible resulta más económico que las gasolinas y
por eso se utiliza para motores medianos y grandes de coches, camiones,
tractores y buques.
- Fuel-oil. Es un líquido espeso y oscuro que
se utiliza para los hornos industriales y ara calefacción. Como su
temperatura de inflamación es elevada es difícil mantener su combustión,
por lo cual es necesario calentarlo previamente, y con frecuencia puede
resultar contaminante debido al humo que desprende cuando las
condiciones de su combustión no son las adecuadas. Es el combustible
liquido más económico.
La industria petroquímica extrae del
petróleo una gama muy amplia de productos: combustibles, disolventes,
plásticos, abonos y otros productos semielaborados que se utilizan como
materia prima para la obtención de otros.
- Combustibles
gaseosos. Gas de alumbrado o «gas ciudad». Es una mezcla de gases que se
obtiene por destilación seca de la hulla. Se compone de un 50 % de
hidrógeno, un 34 % de metano, un 8 % de monóxido de carbono y pequeñas
cantidades de otros compuestos. Actualmente está siendo sustituido por
el gas natural.
- Gas natural. Es un combustible gaseoso que se
encuentra formando bolsas en el subsuelo, generalmente asociado con el
petróleo o el carbón. Está compuesto fundamentalmente por metano,
pequeñas cantidades de otros gases combustibles como el etano y otros no
combustibles como el nitrógeno y el dióxido de carbono.
Los
principales productores de gas natural son: Unión Soviética, Estados
Unidos, Canadá, Países Bajos, Reino Unido, Rumania, Argelia e Indonesia.
La
comercialización y utilización generalizada del gas natural es bastante
reciente. En España comenzó en la década de 1970 (en Barcelona),
sustituyendo al gas obtenido de la destilación de la hulla que se
utilizaba ya desde el siglo pasado.
El gas natural se transporta
licuado desde su lugar de obtención hasta los lugares de consumo
mediante buques metaneros o através de largas tuberías o gasoductos. En
España, la red de gasoductos que lo distribuye parte de los puertos de
llegada de los buques metaneros: Barcelona (que lo recibe de Argelia y
Libia) y Cartagena y Huelva (que lo reciben de Argelia).
España
tiene pequeñas explotaciones en el Pirineo aragonés, en la costa de
Vizcaya y en la costa junto al Guadalquivir, que cubren algo más de la
décima parte del consumo total.
El gas natural se almacena en
grandes depósitos llamados gasómetros que lo mantienen a la presión
necesaria para impulsarlo a través de una red de tuberías enterradas en
el suelo, de estructura ramificada, provista de llaves de paso para
aislar cualquier tramo en caso de avería.
Este gas es más pesado
que el aire. Por ese motivo cuando se produce una fuga en un recinto
cerrado resulta muy peligrosa pues, además del riesgo de explosión,
existe el de asfixia, ya que el gas va desplazando al aire que se
necesita para la respiración. Para advertir de este peligro, se la añade
una sustancia de olor característico que advierte su presencia.
Las normas de seguridad para el uso del gas natural son:
-
Los locales donde se consume el gas deben estar dotados de dos
aperturas en los muros (una a nivel del suelo y otra junto al techo)
para evitar que se acumule el gas en caso de fuga.
- Todas las
instalaciones nuevas o las modificaciones de las ya existentes deben ser
realizadas por una empresa debidamente autorizada.
- Son obligatorias las revisiones periódicas, cada cuatro años, de todas las instalaciones de gas.
El
consumo de gas natural va en aumento, tanto para la industria como para
usos domésticos de calefacción y cocina, pues presenta una combustión
muy limpia, sin desprendimiento de humo ni de residuos sólidos. Su
transporte canalizado es más fácil que el transporte en recipientes
metálicos de gases licuados como
el butano y el propano.
-
Propano y butano. Son dos combustibles gaseosos que se obtienen en las
refinerías de petróleo. El butano se comercializa licuado y envasado en
recipientes metálicos de diferentes tamaños, desechables los más
pequeños y recargables todos los demás.
El propano (C3HB) también
se suministra licuado, en botellas o recargando depósitos metálicos
situados en el exterior, junto a las industrias o viviendas, con el gas
transportado por un camión cisterna.
Dispositivos para la combustión
Sirven para realizar la combustión facilitando la regulación del aire y el contacto del mismo con el combustible.
La instalación para quemar combustibles sólidos consta de:
Las
parrillas, donde se deposita el combustible sólido. El cenicero, donde
se reúnen las cenizas. El hogar es el recinto cerrado donde se produce
la combustión. La chimenea o conducto de salida de los gases resultantes
de la combustión.
El caudal de aire se regula mediante dos
compuertas das situadas antes del hogar y en la chimenea, con las cuales
se con trola la intensidad de la combustión.
En las grandes
instalaciones térmicas el carbón se pulveriza previamente y se introduce
en el hogar mezclado con aire, y allí se quema en forma de gran llama
continua.
Los quemadores para líquidos introducen en el hogar el
combustible finamente pulverizado mezclado con aire en la proporción
adecuada.
Para evitar obstrucciones en la estrecha salida del
quemador es necesario que el combustible liquido esté filtrado y, si es
muy denso, se debe precalentar para hacerlo más fluido.
Lubricantes
Un lubricante es una sustancia que, colocada entre dos piezas
móviles, no se degrada, y forma así mismo una película que impide su
contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones.
Una segunda definición es que el lubricante es una sustancia
(gaseosa, líquida o sólida) que reemplaza una fricción entre dos piezas
en movimiento relativo por la fricción interna de sus moléculas, que es mucho menor.
En el caso de lubricantes gaseosos, se puede considerar una corriente
de aire a presión que separe dos piezas en movimiento, en el caso de
los líquidos, los más conocidos son los aceites lubricantes que se
emplean, por ejemplo, en los motores. Los lubricantes sólidos son, por
ejemplo, el disulfuro de molibdeno (MoS2), la mica y el grafito.
Contenido |
Tipos
Existen distintas sustancias lubricantes dependiendo de su composición y presentación:
De base (origen) mineral o vegetal. Son necesarios para la
lubricación hidrodinámica y son usados comunmente en la industria,
motores y como lubricantes de perforación.
Son las denominadas "Grasas". Su composición puede ser mineral,
vegetal o animal y frecuentemente son combinadas con lubricantes sólidos
como el Grafito, Molibdeno o Litio.
Es un tipo de material que ofrece mínima resistencia molecular
interna por lo que por su composición ofrece optimas condiciones de
lubricación sin necesidad de un aporte lubricante líquido o semisólido.
El más común es el Grafito aunque la industria está avanzando en
investigación en materiales de origen metálico.
Descripción
El lubricante es una sustancia que introducida entre dos superficies
móviles reduce la fricción entre ellas, facilitando el movimiento y
reduciendo el desgaste.
El lubricante cumple variadas funciones dentro de una máquina o
motor, entre ellas disuelve y transporta al filtro las partículas fruto
de la combustión y el desgaste, distribuye la temperatura desde la parte
inferior a la superior actuando como un refrigerante, evita la
corrosión por óxido en las partes del motor o máquina, evita la
condensación de vapor de agua y sella actuando como una junta
determinados componentes.
La propiedad del lubricante de reducir la friccion entre partes se
conoce como Lubricación y la ciencia que la estudia es la tribología.
Un lubricante se compone de una base, que puede ser mineral o
sintética y un conjunto de aditivos que le confieren sus propiedades y
determinan sus características.
Cuanto mejor sea la base menos aditivos necesitará, sin embargo se
necesita una perfecta comunión entre estos aditivos y la base, pues sin
ellos la base tendría unas condiciones de lubricación mínimas.
Los lubricantes se clasifican segun su base como:
Lubricante mineral
Es el más usado y barato de las bases parafínicas. Se obtiene tras la
destilación del barril de crudo despues del gasoleo y antes que el
alquitrán, comportando un 50% del total del barril, este hecho así como
su precio hacen que sea el más utilizado.
Existen dos tipos de lubricantes minerales clasificados por la
industria, grupo 1 y grupo 2 atendiendo a razones de calidad y pureza
predominando el grupo 1. Es una base de bajo indice de viscosidad
natural (SAE 15) por lo que necesita de gran cantidad de aditivaje para
ofrecer unas buenas condiciones de lubricación. El origen del lubricante
mineral por lo tanto es orgánico, puesto que proviene del petroleo.
Los lubricantes minerales obtenidos por destilación del petróleo son fuertemente aditivados para poder:
1. Soportar diversas condiciones de trabajo
2. Lubricar a altas temperaturas
3. Permanecer estable en un amplio rango de temperatura
4. Tener la capacidad de mezclarse adecuadamente con el refrigerante (visibilidad)
5. Tener un índice de viscosidad alto.
6. Tener higroscopicidad definida como la capacidad de retener humedad.
Lubricante sintético
Es una base artificial y por lo tanto del orden de 3 a 5 veces mas
costosa de producir que la base mineral. Se fabrica en laboratorio y
puede o no provenir del petróleo. Poseen unas excelentes propiedades de
estabilidad térmica y resistencia a la oxidación,así como un elevado
índice de viscosidad natural (SAE 30). Poseen un coeficiente de tracción
muy bajo, con lo cual se obtiene una buena reducción en el consumo de
energía.
Existen varios tipos de lubricantes sintéticos:
1.- HIDROCRACK o grupo 3
2.- PAO o grupo 4
3.- PIB o grupo 5
4.- ESTER
1.- Hidrocrack. Es una base sintética de procedencia organica que se
obtiene de la hidrogenización de la base mineral mediante el proceso de
hidrocracking. Es el lubricante sintético mas utilizado por las
compañías petroleras debido a su bajo costo en referencia a otras bases
sintéticas y a su excedente de base mineral procedente de la destilación
del crudo para la obtencion de combustibles fósiles.
2.- PAO. Es una base sintética de procedencia orgánica pero mas
elaborada que el hidrocrack, que añade un compuesto químico a nivel
molecular denominado Poli-Alfaolefinas que le confieren una elevada
resistencia a la temperatura y muy poca volatilidad (evaporación).
3.- PIB. Es una base sintética creada para la eliminación de humo en
el lubricante por mezcla en motores de 2 tiempos. Se denomina
Poli-isobutileno.
4.- ESTER. Es una base sintética que no deriva del petroleo sino de
la reacción de un acido graso con un alcohol. Es la base sintética mas
costosa de elaborar porque en su fabricación por "corte" natural se
rechazan 2 de cada 5 producciones. Se usa principalmente en aeronáutica
donde sus propiedades de resistencia a la temperatura extrema que
comprenden desde -68ºC a +325ºC y la polaridad que permite al lubricante
adherirse a las partes metálicas debido a que en su generación adquiere
carga electromagnética, hacen de esta base la reina de las bases en
cuanto a lubricantes líquidos. El ester es comunmente empleado en
lubricantes de automoción en competición.
Aditivos de los lubricantes
Los aditivos usados en el lubricante son:
Antioxidantes: Retrasan el envejecimiento prematuro del lubricante.
Antidesgaste Extrema Presion (EP): Forman una fina película en las paredes a lubricar. Se emplean mucho en lubricación por barboteo (Cajas de cambio y diferenciales)
Antiespumantes: Evitan la oxigenación del lubricante por cavitación reduciendo la tension superficial y asi impiden la formación de burbujas que llevarían aire al circuito de lubricación.
Antiherrumbre: Evita la formación de óxido en las paredes metálicas internas del motor y la condensación de vapor de agua.
Detergentes: Son los encargados de arrancar los depósitos de suciedad fruto de la combustión.
Dispersantes: Son los encargados de transportar la suciedad arrancada por los aditivos detergentes hasta el filtro o carter del motor.
Espesantes: Es un compuesto de polímeros que por accion de la temperatura aumentan de tamaño aumentando la viscosidad del lubricante para que siga proporcionando una presion constante de lubricación.
Diluyentes: Es un aditivo que reduce los microcristales de cera para que fluya el lubricante a bajas temperaturas.
Clasificaciones
Según el ámbito geográfico podemos encontrar la clasificación americana API (American Petroleum Institute), la clasificacion Japonesa JASO (Japanese Automotive Standards Organization) y la Europea ACEA (Asociación de Constructores Europeos Asociados).
Según sus propiedades se clasifican según la norma SAE (Society of Automotive Engineers) que basicamente separa el comportamiento del lubricante a temperatura de 18ºC y la define con una letra W proveniente del inglés "Winter" (Invierno-Frio) y otra letra que define el comportamiento del lubricante en temperatura de trabajo 95ºC-105ºC. La tabla SAE hace referencia a las tolerancias que debe "llenar" el lubricante tanto a temperatura ambiente como a temperatura de trabajo, siempre teniendo en cuenta la temperatura interna del motor y como adicional la temperatura exterior que si bien infuye algo en el comportamiento no es la mas importante a la hora de elegir un lubricante adecuado.
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