Reazione di Combustione

La reazione di combustione si basa sulla reazione chimica esotermica di una sostanza o miscela di sostanze chiamata combustibile con ossigeno. Caratteristica di questa reazione è la formazione di una fiamma, che è la massa gassosa incandescente che emette luce e calore, che è a contatto con la sostanza combustibile.

Reazione di combustione

La reazione di combustione può essere condotta direttamente con ossigeno o con una miscela di sostanze contenenti ossigeno, chiamata comburente, con l’aria atmosferica come comburente più comune.

La reazione del combustibile con l’ossigeno dà origine a sostanze gassose tra le quali le più comuni sono la CODue e HDueO. Sono genericamente chiamati prodotti della combustione, fumi o gas. È importante notare che il carburante reagisce solo con l’ossigeno e non con l’azoto, l’altro componente dell’aria. Pertanto, l’azoto nell’aria passerà interamente nei prodotti della combustione senza reagire.

Le reazioni chimiche utilizzate nello studio delle combustione tecniche, siano esse aria o ossigeno, sono molto semplici e le principali sono:

C+ODue → CODue

CO + 1⁄2 ODue → CODue

HDue + 1⁄2 ODue → HDueO

S+ODue → COSÌDue

SHDue + 3⁄2 ODue → SWDue + HDueO

Tra le sostanze più comuni che si possono trovare nei prodotti o nei fumi della reazione vi sono:

CODue : Diossido di carbonio
HDueOPPURE : Vapore acqueo
NDue : Gas di azoto
ODue : ossigeno gassoso
CO : Monossido di carbonio
HDue : Gas idrogeno
carbonio sotto forma di fuliggine
SWDue : Diossido di zolfo

A seconda di come avvengono le reazioni di combustione, possono essere di diverso tipo:

a) Combustione completa

Si verifica quando le sostanze combustibili reagiscono al massimo grado possibile di ossidazione. In questo caso non ci sarà presenza di sostanze combustibili nei prodotti di reazione o fumi.

b) combustione incompleta

Si verifica quando non si raggiunge il massimo grado di ossidazione e vi è la presenza di sostanze combustibili nei gas o fumi della reazione.

c) Combustione stechiometrica o teorica

È la combustione che avviene con la minima quantità di aria in modo che non vi siano sostanze combustibili nei gas di reazione. In questo tipo di combustione non c’è presenza di ossigeno nei fumi, perché è stato completamente utilizzato nella reazione.

d) Combustione con eccesso d’aria

È la reazione che avviene con una quantità d’aria maggiore del minimo necessario. Quando viene utilizzata aria in eccesso, la combustione tende a non produrre sostanze combustibili nei gas di reazione. In questo tipo di combustione è tipica la presenza di ossigeno nei gas di combustione.
Il motivo per cui l’aria in eccesso viene normalmente utilizzata è per far reagire completamente il carburante disponibile nel processo.

e) Combustione con difetto d’aria

È la reazione che avviene con meno aria del minimo necessario. In questo tipo di reazione è caratteristica la presenza di sostanze combustibili nei gas o fumi di reazione.

Applicazioni delle reazioni di combustione

Le reazioni di combustione sono molto utili per l’industria di processo in quanto consentono di utilizzare l’energia per altri usi e vengono generalmente eseguite in apparecchiature di processo come forni, caldaie e tutti i tipi di camere di combustione.

Diverse tecnologie e dispositivi sono utilizzati in queste apparecchiature per effettuare le reazioni di combustione.

Un dispositivo molto comune chiamato bruciatore produce una fiamma caratteristica per ogni combustibile utilizzato. Questo dispositivo deve miscelare il carburante e un agente ossidante (l’ossidante) in proporzioni che rientrano nei limiti di infiammabilità per l’accensione e ottenere così una combustione costante. Inoltre, deve garantire un funzionamento continuo senza consentire discontinuità nel sistema di alimentazione del combustibile o lo spostamento della fiamma in una zona di bassa temperatura dove si spegnerebbe.

I bruciatori possono essere classificati in due tipi, premiscela o premiscela in cui combustibile e ossidante vengono miscelati prima dell’accensione e bruciatore diretto in cui combustibile e ossidante vengono miscelati nel punto di accensione o accensione.

Per il suo funzionamento devono essere tenuti in considerazione anche altri parametri come stabilità di fiamma, ritardo di accensione e velocità di fiamma, che devono essere mantenuti entro i limiti di funzionamento preimpostati.

Per la combustione di combustibili liquidi, in genere questi vengono atomizzati o vaporizzati nell’aria comburente. Nei bruciatori a vaporizzazione, il calore della fiamma converte continuamente il combustibile liquido in vapore nell’aria comburente, mantenendo così la fiamma.
Nel caso di combustibili gassosi vengono utilizzate diverse esecuzioni che possono essere circolari o lineari con fori che consentono l’uscita del gas combustibile e un foro attraverso il quale l’aria entra per tiraggio naturale o forzato.

È importante comprendere che a seguito della combustione, attraverso il funzionamento di questi dispositivi, si possono produrre sostanze nocive e inquinanti, che devono essere perfettamente controllate, riducendole a concentrazioni consentite o eliminate, secondo la normativa vigente in materia.

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