Combustible sólido

El combustible sólido se refiere a diversas formas de material sólido que pueden quemarse para liberar energía, proporcionando calor y luz a través del proceso de combustión . Los combustibles sólidos se pueden contrastar con los combustibles líquidos y gaseosos . Ejemplos comunes de combustibles sólidos incluyen madera , carbón vegetal , turba , carbón mineral , tabletas de combustible de hexamina , estiércol seco , pellets de madera , maíz , trigo , arroz , centeno y otros granos . Los combustibles sólidos se utilizan ampliamente en cohetería como propelentes sólidos . ^{[ 1 ]} Los combustibles sólidos se han utilizado a lo largo de la historia de la humanidad para crear fuego ^{[ 2 ]} y el combustible sólido todavía se usa ampliamente en todo el mundo en la actualidad. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

El combustible sólido derivado de la biomasa se considera una fuente de energía renovable que puede contribuir a los esfuerzos de mitigación del cambio climático . El combustible sólido derivado de combustibles fósiles (es decir, el carbón ) no es una energía renovable.

El calor disponible de cada tipo de combustible es variable y depende del contenido de carbono e hidrógeno , así como del contenido de cenizas o agua. Una medida del calor producido por la combustión es el calor de combustión , una medida exacta que generalmente se determina mediante calorimetría de bomba y que requiere la combustión completa hasta dióxido de carbono y agua.

Los combustibles gaseosos como el metano tienen valores más altos que los combustibles sólidos como el carbón . La turba presenta el valor más bajo de todos los combustibles comunes. Por lo tanto, el metano tiene un poder calorífico superior (PCS) de 55,50 MJ/kg, el valor más alto entre los combustibles comunes.

El gasóleo tiene un poder calorífico superior (PCS) de 44,80 MJ/kg y el carbón de antracita un valor de 32,50 MJ/kg. La leña sin humedad ni cenizas tiene un valor inferior de 21,70 MJ/kg, mientras que la turba seca tiene el valor más bajo de todos los combustibles comunes, de aproximadamente 15,00 MJ/kg.

Estos valores son, en cierto modo, ideales, y el calor real que produce cualquier combustible dependerá, por ejemplo, de la chimenea o cámara de combustión utilizada y su diseño. Sin embargo, sirven como guía útil para calcular el calor disponible en cualquier combustible. La leña seca tiene aproximadamente dos tercios del poder calorífico del carbón, por lo que se necesita mayor cantidad para generar la misma cantidad de calor.

A diferencia de los combustibles líquidos y gaseosos, los combustibles sólidos experimentan un proceso más complejo durante la combustión. Estos procesos químicos tienen lugar para convertir la energía química en luz y calor, ya que no fluyen ni se mezclan fácilmente con el oxígeno. Este proceso se puede dividir en tres etapas: calentamiento y secado, pirólisis, combustión en fase gaseosa y oxidación del carbón. ^{[ 14 ]}

Inicialmente, la fuente de calor —una cerilla o cualquier fuente de calor externa— evapora la humedad atrapada en el sólido (combustible). Esta etapa de calor y secado consume energía en lugar de liberarla. Luego, la temperatura del combustible aumenta y los enlaces químicos se rompen. Esta descomposición térmica convierte el sólido en gases inflamables y un sólido rico en carbono llamado «carbón». Los gases volátiles del combustible se mezclan con el oxígeno del aire y se encienden, creando una llama visible. El carbón restante reacciona directamente con el oxígeno una vez que se agotan los gases. Esto se denomina combustión incandescente, y es más lento y sin llama. ^{[ 15 ]}

Los combustibles sólidos, en comparación con los combustibles líquidos o gaseosos , suelen ser más baratos, más fáciles de extraer, más estables para el transporte y, en muchos lugares, más fácilmente disponibles. ^{[ 16 ]}

El carbón , en particular, se utiliza en la generación del 38% de la electricidad mundial porque es menos costoso que sus contrapartes líquidas y gaseosas. ^{[ 3 ]}

Los combustibles sólidos requieren métodos más destructivos para su extracción y combustión, y suelen tener mayores emisiones de carbono, nitratos y sulfatos. Con la excepción de la madera y la biomasa sostenibles, los combustibles sólidos se consideran normalmente no renovables, ya que su formación requiere miles de años. ^{[ 3 ]}

Los combustibles sólidos están compuestos de materiales orgánicos y pueden contribuir a la mala calidad del aire . La combustión de combustibles sólidos libera más aerosoles orgánicos ^{[ 17 ]} que el gas licuado de petróleo y libera muchos compuestos orgánicos volátiles , que pueden contribuir a la mala calidad del aire mediante la formación de contaminantes secundarios como el ozono troposférico y los aerosoles orgánicos secundarios . ^{[ 18 ]} Las emisiones de los combustibles sólidos son los principales causantes de la mala calidad del aire en las regiones donde los combustibles sólidos son una fuente de combustible dominante . ^{[ 19 ]}

En el Reino Unido, el "Heating Equipment Testing and Approvals Scheme" gestionado por HETAS Ltd. ofrece un servicio de aprobación y certificación para aparatos de calefacción de combustible sólido, combustibles, servicios e instaladores registrados, para garantizar su funcionamiento seguro. ^{[ 20 ]}

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