Errekuntza

Errekuntza (latinetik eratorria combustio, -onis)^[1], zentzu zabalean, azkar samarra den eta izaera exotermikoa duen erreakzio kimiko oro dela uler daiteke. Erreakzio hau fase gaseosoan zein heterogeneoan (likido-gas, solido-gas) gerta daiteke eta ez du derrigorrez oxigenoaren presentzia zein sugarren agerpena inplikatzen.

Teoria klasikoaren ikuspegitik, errekuntza oxidazio erreakzioekin lotuta dago, zeintzuk era arin batean gertatzen diren. Errekuntza batean agertzen diren erreaktiboei erregai deritze, eta batik bat, karbonoz (C) eta hidrogenoz (H) osatuak daude; eta kasu partikular batzuetan sufrez (S) ere bai. Horrez gain, erreaktiboek oxigenoaren (erregarria) presentzian erreakzionatu egiten dute eta beroa askatzen da.

Bestalde, ikuspegi funtzional baten arabera, errekuntza erreakzio fisiko-kimikoen ondorioz askatzen den erregaiaren barne energia (kanpoaldean bero gisa ematen dena) sortzen duten prozesu multzoa da. Erreakzioen ondorioz askatutako bero hori; geroago, labe edo galdara^[2] batean aprobetxatuko da.

Errealitatean, oxigeno purua beharrean, airea izaten da erregaiarekin erreakzionatzen duen beste erreaktiboa. Kalkuluak sinplifikatzekotan, airearen konposizioa ondorengoa dela esaten da: % 21 oxigeno eta % 79 nitrogeno.

Errekuntzan gertatzen diren erreakzioak honako hauek dira:

${\displaystyle {\ce {C + O2 -> CO2 + 33875 kJ/kg}}}$

${\displaystyle {\ce {H2 + 1/2 O2 -> H2O + 143 330 kJ/kg}}}$

${\displaystyle {\ce {S + O2 -> SO2 + 8958 kJ/kg}}}$

Errekuntza erreakzioak hasiera batean diruditenak baino konplexuagoak izan daitezke, izan ere, fase desberdinen gertatze abiadura oso azkarra baita. Sugar txiki eta arrunt bat erreakzio kimiko askoren erantzule izan daiteke. Honi buruzko ikerketa bat egiteko, aerodinamikako, bero kondukziozko eta difusio molekularreko^[3] problemak ebatzi beharko lirateke. Teoria klasikoa, ordea, prozesu hau guztia sinplifikatzeaz arduratzen da, bukaerako emaitzari erreparatuz soilik, prozesuaren dinamikari erreparatu beharrean.

Adierazitako hiru osagaiak ez dira osagai puru bezala aurkitzen, baizik eta, hidrokarburo gisa ezagutzen dugun konposatuaren parte dira. Errekuntza prozesua hiru fasetan gauzatzen da:

1. lehenengo fasean, aurre-erreakzio bat gertatzen da, non hidrokarburo guztiak deskonposatu egiten diren oxigenoarekin batera nahastuz, erradikal izenez ezagunak diren konposatu ezegonkor batzuk sorraraziz;
2. bigarren fasea oxidazio fasea da. Bertan askatuko da bero gehiena;
3. hirugarrenean, oxidazioa erabat burutzen da eta produktu egonkorrak sortzen dira, zeinak errekuntza gasen osagaiak izango diren.

Lehenengo fasean sortutako erreaktiboak oso aktiboak dira eta izugarri ezegonkorrak. Beraz, kate erreakzioak gertatzen dira erreaktibo hauen eraldaketa eta ondorengoko desagerpena dakartzatenak. Erreaktiboen formazio abiadura erreakzio abiadura baino handiagoa denean, metaketa gertatuko da eta erreakzio masibo eta bortiz baten erantzule izan daiteke; leherketa batena, alegia. Leherketak sortutako uhin hedakorra 2500 m/s-ko abiaduran desplazatu daiteke eta eztanda batekin batera gertatu ohi da. Propagazio-abiadura soinuarena baino txikiagoa denean, ez da leherketarik gertatuko eta bat-bateko erreakzio horri deflagazio deritzo.

Hiru errekuntza mota nagusi bereiz daitzeke:

1. Errekuntza betea edo perfektua: adierazitako erreakzioak eskuinera guztiz desplazatuak daudenean gertatzen da. Honela, osagaiak guztiz oxidatzen dira, karbono dioxidoa (CO₂), ur likidoa (H₂O) eta, kasuren batean, sufre dioxidoa (SO₂) sortuz. Gertakari hau erreakzioan erabilitako aire kantitatearekiko independentea da. Horrela izanik, aireko oxigenoa konposatuak guztiz oxidatzeko nahikoa izan delako ondorioa da.
2. Errekuntza estekiometrikoa edo neutroa: errekuntza oso bat izango da, non aire kantitate zehatza erabili den, erreakzio bakoitzean parte hartzen duten molekulen erlazio kuantitatiboetatik abiatuz. Egia esan, errekuntza ideal bat da eta laborategi batean soilik eraman daiteke aurrera.
3. Errekuntza Osagabea: errekuntza gasak partzialki oxidaturiko konposatuz osatuak egongo dira. Konposatu hauek erregabe izenez ezagutzen dira; hala nola: karbono monoxidoa (CO), Karbono partikulak, hidrogenoa, etab.

Kea edo errekuntza produktuak erreakzioetako gas erresultanteek osatzen dituzte: erregaiak duen karbono dioxidoak, ur lurrunak nahiz sufre oxidoak zein errekuntza bermatzeko erabilitako aire bolumenak ere duen nitrogenoak. Bestalde, soberan geratu den airearen oxigenoa eta nitrogenoa ere aurki ditzakegu. Horrekin batera, nitrogeno oxidoa^[4] eta batzuetan airea osatzen duten beste zenbait gas.

Kalkuluaren gauzatzea, errekuntza erreakzio eta aire soberakina erabiliz egingo da. Gas bakoitzarentzako lortutako bolumenen batura gehi aire minimoan bildutako nitrogenoa, eta hori guztia, (n) aire soberakin koefizienteagatik biderkatuz, gas hezeen bolumena emango du emaitzatzat. Batugaian ez badugu sortutako ura kontuan harzen, orduan gas lehorren bolumena lortuko dugu.

CO₂ -aren bolumenaren eta gas lehorren bolumen^[5] totalaren arteko erlazioa, konposatu honen kontzentrazio maximoa izango da oinarri lehorrean, errekuntza gasen analisi normaletan neur daitekeen maximoa, alegia. Analisi batean balio txikiago bat lortuz gero, honako hau adieraz dezake:

• Beharrezkoa dena baino aire kantitate handiagoa erabili dela, nahiz eta CO₂ kantitatea aurreikusitakoa izan, kontzentrazioa murriztu egingo da, disolbatzen den gasen bolumena handitu egiten baita. Honela izanda, analisian O₂ ere agertuko da; zenbat eta aire gehiago, orduan eta oxigeno gehiago.
• Bestalde, karbonoaren zati bat ez da oxidatu, normalean aire gabezia dela eta. Ondorioz, analisian karbono monoxidoa (CO) eta hidrogenoa (H₂) ager daitezke. Are gehiago, aire gabezia handia denean, erre gabeko karbono partikulak ere egon daitezke (kedar).

Airea soberan elikatuz gero, karbono monoxidoa ere ager daiteke. Hau, gehienbat, erregai likidoekin gertatzen da, erregaiaren atomizazio kaxkar baten edota erregai-erregarri nahaste akats baten ondorioa izanik.

• Giuliano Salvi. La combustión (teoría y aplicaciones). Dossat S.Txantiloi:EsdA. ISBN 8423704254.
• Campsa. Manual técnico sobre la utilización de combustibles líquidos en la industria.
• Catalana de Gas y Electricidad. Ahorro de energía en la industria (uso racional de los combustibles). Index. ISBN 8470872257.
• John R. Howell & Richard O. Buckius. Principios de termodinámica para ingenieros. McGraw Hill. ISBN 9684225717.