Combustión

En este apartado iré contando (organizando información), sobre que es lo que ocurre cuando hablamos de “Combustión”. Que proceso tiene la madera, desde que es sólida, hasta que se convierte en luz y calor (llama).Qué es lo que pasa química en este proceso, que componentes entran en juego, cómo podemos mejorarla, que factores la empeoran, los mitos y otras historias del fuego…..

COMBUSTIÓN

La combustión (quemado) es una reacción química de oxidación en la que algunos elementos (gases) combustibles, principalmente carbono (C), hidrógeno (H) , y azufre (S), se combinan con oxígeno (O). En dicha reacción se libera mucha energía en forma de calor y luz.

triangulo-combustion

Vamos ha hablar de la combustión de la madera, más específicamente, y para ello haremos una simplificación (necesaria) MADERA=CELULOSA (Combustible = n(C6H10O5)) (explicamos más adelante la composición de la madera). Con esta simplificación podemos ver la reacción química que se produce al “quemar” madera:

combustion-1

que si lo traducimos a KG nos quedaría la siguiente relación:

combustion-2

El AIRE es una combinación de gases en proporciones ligeramente variables, compuesto por Nitrógeno (78%), Oxígeno (21%) y otras sustancias(1%), como ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y gases nobles (kriptón, argón).

Para suministrar 1 kg de oxígeno, tenemos que aportar 4,32 kg de aire (3,32 kg sera nitrógeno, que no interviene pero esta siempre ahí presente). La densidad del aire es 1,293 kg/m3.

Como se puede apreciar, los productos principales de la combustión de la madera son el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O), también aparecen inquemados como monóxido de carbono (CO,2CO) y algunos óxidos nitrosos (NO.x).

La energía que desprende cada reacción también es distinta según el gas que sea:

                                 C + O2 > CO2 +           32,840 kj/kg

                                 2C + O2 > 2CO +         9,290 kj/kg (combustión parcial)

                                 2H2 + O2 > 2H2O +   119,440 kj/kg

La cantidad real de aire que hay que aportar al hogar para que se realice una buena combustión, es mayor que el aire mínimo que habría que aportar. Esto es debido a que el tamaño de las partículas del combustible (humo) impide una mezcla perfecta entre éstas y el comburente (oxigeno del aire) y a que el tiempo en el que ambos componentes se encuentran en el hogar es relativamente corto ya que parte del aire pasara sin reaccionar con el combustible.

Por estas causas es necesario realizar un aporte superior de aire que compense la dificultad de la mezcla y que será mayor cuanto más grandes sean las partículas del combustible.

grafica-exceso-de-aire

El Coeficiente de exceso de aire, es la relación entre el aire real introducido y el aire mínimo necesario. Para combustibles sólidos este Coeficiente tiene valores de 1.5 a 2.

Resumiendo:  para cada Kg de madera necesitaremos aproximadamente 8m3 de aire

LA MADERA

Cuando hablamos de madera, hablamos de una composición de varios elementos , que vamos ha intentar resumir a continuación .

La madera, básicamente. Está compuesta por celulosa ( celulosa y hemicelulosa, las fibras de la madera), lignina ( es el ligante que mantiene juntas las fibras) , oxígeno y agua. Podemos distinguir entre maderas “duras” y “blandas” ,básicamente, viendo la cantidad de lignina que contiene su estructura.

                                                   Lignina                   Celulosa                      Hemicelulosa

Maderas Duras                        17% – 25%                     40% – 45%                             15% – 35%

Maderas Blandas                    25% – 35%                       40% – 45%                           20%

madera-dura_blanda

El proceso de la combustión de la madera tiene varias etapas que ocurren según va subiendo la temperatura y la presencia de oxígeno. Al encender el fuego, a los 90-120ºC se va el agua como vapor (gran parte de las calorías de la leña verde se malgasta en evaporar su propia agua), entre 250-400ºC, la celulosa y la lignina se descomponen produciendo calor y logrando vaporizarse. Si en la estufa no se supera los 600ºC, estos gases no entran en reacción (no se queman), por lo tanto no se produce una combustión completa, bajando mucho el rendimiento y produciendo inquemados (hollín). Si por lo contrario conseguimos condiciones, en la combustión, de temperaturas por encima de los 600ºC, se conseguirá que los gases reacciones completamente con el oxígeno y tendremos una combustión mucho más completa.

Para una buena combustión, ésta la “regla” de las tres TTT:

  • Temperatura: Necesitamos una alta temperatura para estar por encima del Punto de Ignición (Tº en la que la combustión es “expontánea” , no necesita activación (chispa).
  • Turbulencia: Un ambiente turbulento de los gases nos ayudan a que éstos se mezclen y tengamos la mezcla dentro del Rango de inflamabilidad (mezcla de gases adecuada para que haya combustión)
  • Tiempo: Necesitamos también un corto periodo de tiempo para que la mezcla de los gases alcance las condiciones necesarias para una buena combustión.

Si se dan estas tres TTT , aseguraremos una combustión rápida y completa.

La importancia de la humedad de la madera . Ya hemos comentado antes que la primera energía que se “gasta/utiliza” en el proceso de la combustión es el secado de la propia madera, así que es lógico pensar que cuanto más humedad contenga ésta, menos calor sacaremos de ella. A continuación una gráfica de cómo varía el poder calorífico de la madera, según su grado de humedad.

podcalor-madera_humedad

Cuentan, dicen , lxs que saben de esto, que toda la leña, aproximadamente, tiene el mismo poder calorífico por kilo, unos 4-4,5 kcal/kg. Se diferencia cuando hablamos de madera dura, aquella que pesa mucho (tiene mucha densidad ) y blanda por el contrario, a la ligera (poca densidad). Las diferentes densidades de las maderas pueden oscilar desde 400 kg/m3 hasta 800 kg/m3. Una madera densa, tardará más en combustionar, y sacamos más calor por unidad de volumen, que de las maderas blandas. A continuación algunos valores de poder calorífico de diferentes tipos de maderas, con diferentes niveles de humedad.

podcalor-madera

Continuará…….

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