Reacción de Combustión: ¿qué es?
Actualmente los procesos térmicos que comprenden cualquier tipo de combustión son una de las principales formas de obtención de energía y están presentes en el día a día de las personas, ya sea en una llama de la cocina o en el motor de combustión de un automóvil o en aplicaciones industriales como en hornos y calderas.
Debido a la importancia de este proceso, la comunidad científica invierte tiempo y esfuerzo para comprender y hacer más eficientes los procesos térmicos, los cuales pueden incluir diferentes tipos de fenómenos, entre ellos intercambio térmico por radiación, transporte de especies, turbulencia, que están directa o indirectamente conectados.
Modelado Numérico Aplicado a Combustión
La reacción de combustión libera grandes cantidades de calor, que pueden generar diferentes efectos resultantes de los altos gradientes de temperatura y especies contaminantes. Con el objetivo de estudiar y predecir el comportamiento de este fenómeno dentro de los equipos, la industria ha invertido en las herramientas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD).
Análisis de la temperatura en una cámara de combustión
Las herramientas de CFD surgen como una alternativa más rápida y económica para evaluar procesos que comprenden reacciones de combustión, ya que permiten crear modelos virtuales y estudiar diferentes escenarios.
Esto permite evaluar la mezcla de reactivos, efectos del empuje, intercambio térmico y producción de contaminantes, considerando en los análisis el combustible utilizado en determinado equipo y la cinética asociada a él. También permite realizar análisis de seguridad en relación a equipos, verificar la condición ideal de funcionamiento de los mismos y probar la seguridad para el operador, como también predecir si hay riesgos de accidentes o explosiones.
Simulación del flujo interno de un motor de combustión usando ANSYS Fluent
El análisis de combustión con base en la simulación computacional por medio de las herramientas de CFD proporciona a los profesionales resultados precisos sin la necesidad de altas inversiones, como en metodologías empíricas.
Sin embargo, es importante destacar que la utilización de modelos virtuales requiere tiempo y dedicación, ya que el análisis de reacciones de combustión es un proceso que envuelve diversos fenómenos, que están directa o indirectamente conectados.
Ejemplo de una reacción típica de combustión
Reacción de Combustión
En este contexto, la reacción de combustión, nombre usual de las reacciones de oxidación de compuestos químicos con el oxígeno del aire, es el principal agente de los procesos térmicos, donde tanto la cinética cuanto el grado de mezcla del combustible y oxidante influencian en el comportamiento de la llama.
La reacción de combustión es representada por esta fórmula, compuesta por la reacción de un combustible y un comburente, resultando en un producto
Como se puede verificar en la fórmula anterior, la reacción de combustión libera una grande cantidad de energía en forma de calor (energía térmica) que, consecuentemente, lleva a una expansión de los gases (gas carbónico y vapor de agua) creando efectos como el empuje. Estos efectos son aprovechados de formas diferentes para diferentes tipos de equipos.
En el caso de equipos térmicos como hornos industriales, la energía térmica es utilizada para el calentamiento de alguna carga, como por ejemplo, el petróleo crudo en el inicio del proceso de refinación. En otros tipos de equipos, como motores de combustión interna, el objetivo principal no está en aprovechar el calor liberado, y sí la expansión de los gases en el interior de un cilindro, lo que llevará al movimiento de un pistón, o sea, la energía térmica es convertida en energía mecánica debido a los efectos de expansión de los gases.
