Problemas propuestos 1.

Un carbón vegetal tiene el siguiente análisis químico: C = 76%, H=1.2%, N=0.8%, O=0.3%, S=0.14%, humedad = 4%, cenizas = 17.56%. Calcule el poder calorífico superior e inferior.

2. Se quema carbono puro con oxígeno. El análisis del gas de chimenea es: CO2 = 75%, CO = 14%, O2 = 11%. ¿Qué porcentaje en exceso de oxígeno se uso?. 3. Un carbón cuyo análisis es 65,4% C; 5,3% H; 0,6% S; 1.1% N; 18,5% O y 9,1% ceniza; se quema de modo que en la ceniza no queda ningún material combustible. El análisis del gas chimenea es 13,0% CO2; 0,76% CO; 6,17% O2; 0,87% H2 y 79,20% N2. Todo el azufre se quema para dar SO2 que está incluido en la cifra de CO2 del análisis del gas (es decir, CO2 + SO2 = 13,0%). Calcular: a) Los kilogramos de carbón quemados para producir 100 kg de gas de chimenea seco según el análisis dado. b) La razón molar entre los gases de combustión y el aire seco suministrado. c) El total de moles de vapor de agua en el gas de chimenea por cada 199 kg de carbón si el aire es seco. d) El porcentaje de aire en exceso. e) Verificar con la tabla correspondiente del Reglamento en Materia de Contaminación Atmosférica de la Ley de Medio Ambiente, si la combustión de este carbón cumple con la normativa para las emisiones de SO2. 4. Carbono en forma de coque libre de hidrógeno se quema: a) Hasta combustión completa empleando aire teórico b) Hasta combustión completa empleando 50% de aire en exceso. c) Con 50% de aire en exceso, pero el 10% del carbono sólo se quema hasta CO En cada caso, calcule el análisis del gas de chimenea. Resp. A) 79% N2, 21% CO2 b) CO2 14%; N2 = 79%, O2 = 7%. 5. Treinta kilogramos de carbón (análisis 80% de C y 20% de H, ignorando las cenizas) se queman con 600 kilogramos de aire para producir un gas cuyo análisis seco muestra que existe una razón de CO2 a CO de 3 a 2 ¿Qué porcentaje de aire en exceso se utilizo? 6. Una pequeña fundición que fabrica piezas de aluminio en un horno de crisol, utiliza carbón antracita para el calentamiento del horno. La composición del carbón es: C = 80%; H = 4%; H2O = 4%, cenizas = 12%. Las cenizas que quedan en el horno luego de la combustión, son el 15% del peso de carbón antracita quemado. Para la combustión, se utiliza un 40% del requerimiento teórico de aire. Calcular: a) El volumen de aire teórico en m3N, requerido para quemar un kg de antracita. b) El volumen de aire real utilizado en la combustión del carbón. c) El volumen de los gases de combustión, cuando se utiliza solamente el requerimiento teórico de combustible. d) El volumen y la composición real de los gases de combustión, cuando se utiliza el exceso de aire.

7. Una muestra de carbón vegetal tiene la siguiente composición: C = 73,9%; H = 4,8%; O = 8,8%; N = 1,4%; Humedad = 5,4%; cenizas = 5,7%. Cuando este carbón se quema en el horno, las cenizas que quedan contienen 18% de carbono, y los gases de combustión analizan 12% de oxígeno libre, sobre base seca. Calcular: a) El requerimiento teórico de aire, en m3N por kg de carbón quemado. b) El volumen de aire usado en las condiciones del horno, y el porcentaje de exceso de aire. c) La composición total de los gases de combustión húmedos. 8. En el calentamiento de un horno, se utiliza el siguiente carbón, quemándolo con 60% de exceso de aire: C = 74,6%; H = 4,6%; N = 1,3%; O = 8,2%; H2O = 5%; cenizas = 6,3%. Las cenizas descargadas del horno de combustión, analizan 20% de carbón. El aire utilizado es húmedo, y contiene 22 gr de vapor de agua por m3 de aire seco. Calcular: a. Los m3 de aire seco requeridos teóricamente por kg de carbón, en condiciones normales. b. Los m3 de aire húmedo requeridos teóricamente por kg de carbón, en condiciones normales. c. El volumen total y la composición de los gases de combustión. d. El poder calorífico superior del carbón. e. El poder calorífico inferior del carbón. f. La composición completa de la ceniza del horno de combustión. 9. Un horno de crisol para la fusión de aluminio usa carbón de soto como combustible. La composición de este carbón vegetal es la siguiente: C = 85%; H = 1%; H2O = 2%; cenizas = 12%. Las cenizas del horno contienen 50% de carbón no quemado. Para la combustión, se utilizaron por kg de carbón vegetal, 12 m3N de aire húmedo, conteniendo 20 mm Hg de vapor de agua. La presión barométrica es de 720 mm Hg. Calcular: a. El porcentaje de exceso de aire utilizado. b. El volumen de gases de combustión secos, y el porcentaje de oxígeno libre en ellos. c. Si el análisis de los gases contendría 6% de oxígeno, medido sobre base seca, cual sería el porcentaje de exceso de aire utilizado?. 10. Un coke tiene el siguiente análisis: C = 89%; H = 1,1%; cenizas = 9,4%. Calcular la temperatura máxima de llama teórica cuando el coque se quema: a. Con la cantidad de aire teórico. b. Con 50% de exceso de aire c. Con 10% de exceso de aire, y el aire está precalentado a 500 °C. 11. Un carbón bituminoso tiene el siguiente análisis: C = 68%; H = 7%; O = 9%; Humedad = 4%; cenizas = 12%. Este carbón se utiliza para calentar un horno reverbero, y los gases de combustión pasan a través del horno a la temperatura de 1200 ºC. El aire contiene 20 g de humedad por m3 de aire. En el caso a) el carbón es quemado con 80% de exceso de aire y la cantidad de cenizas obtenidas es el 14% del peso del carbón. En el caso b) se utiliza solamente 40% de exceso de aire, y las cenizas son un tercio del peso del carbón. Compare entre ambos casos, la pérdida de calor representado por el valor del calor del carbón no quemado y el calor que es perdido por la descarga del horno de los gases de combustión calientes. 12. Una gasolina con un análisis elemental de 85% de carbón y 15% de hidrógeno tiene un peso específico de 0.72 g/cc. Para la combustión completa de esta gasolina con 10% de aire en exceso determine:

a) La razón aire/combustible en peso b) La razón aire/combustible en volumen c) El numero de litros de agua líquida formada por litro de gasolina quemada. 13. Una gasolina tiene el siguiente análisis volumétrico: 60% CH4; 20% CO; 10% O2; 10% N2. El combustible es quemado con 30% de exceso de aire. Calcular: a) El análisis del combustible expresado en porciento masa. b) El análisis del combustible expresado el porciento masa de elementos. c) La densidad del combustible a 1 atm. Y 40 ºC. d) El volumen de aire seco, a 1 atm y 40 ºC, requerido por unidad de volumen de este combustible. e) El análisis volumétrico de los productos secos de combustión completa. f) La masa de todos los productos de combustión por unidad de masa de combustible. g) La razón aire combustible, en kg/kg 14. Se quema tolueno (C7H8) con 30% de aire en exceso. Un quemador deficiente hace que el 15% del carbono forme hollín (carbono puro) que se deposita en las paredes del horno ¿Cuál es el análisis de los gases que salen del horno? 15. Un hidrocarburo combustible se quema con aire en exceso. El análisis de los gases de chimenea secos es 10,2% CO2, 1% CO, 8,4% O2 y 80,4% de N2. ¿Cuál es la formula empírica del combustible (CnHm)?. 16. Un combustible líquido derivado del petróleo, presenta el siguiente análisis: C = 90%; H2 = 6%, S = 1,2%; O2 = 0,8%; N2 = 0,7%; Humedad = 1,3%. Este combustible se quema con 30% de exceso de aire. Calcular: a) La masa molar del combustible Resp. 9,38 g/mol b) La masa molar de los gases de combustión húmedos. Resp. 29,77 g/mol c) La masa molar de los gases de combustión secos. Resp. 30,432 g/mol d) La densidad de los gases de combustión Resp. 1,329 kg/m3N e) Relación aire/combustible estequiométrica en moles Resp. 4,027 mol/mol f) Relación aire/combustible real en moles Resp. 5,235 mol/mol g) Relación gases húmedos/combustible, en moles Resp. 5,387 mol/mol h) Relación gases húmedos/combustible, en kg Resp. 17,092 kg/kg i) Relación gases secos/combustible, en moles Resp. 18,191 mol/mol j) El poder calorífico superior del combustible seco Resp. 39,613 MJ/m3N k) El poder calorífico superior del combustible húmedo Resp. 39,098 MJ/m3N l) El poder calorífico inferior del gas combustible seco Resp. 38,238 MJ/m3N m) El poder calorífico inferior del combustible húmedoResp. 37,708 MJ/m3N n) La composición de los gases de combustión húmedos Resp. CO2 = 13,06; H2O = 5,35%; SO2 = 0,07%; O2 = 4,71%; N2 = 76,81%. o) La composición de los gases de combustión secos Resp. CO2 = 13,8%; O2 = 4,98%; SO2 =0,07% N2 = 81,16%. 17. Un petróleo crudo tiene la siguiente composición química: C = 81,52%; H = 11,01%; S = 0,55%; O = 6,12%; N = 0,80%. Su peso específico a 60 ºF es 0,966. Este petróleo se quema con 8% de exceso de aire que contiene 21 g de vapor de agua por m3 de aire seco. Calcular: a. El poder calorífico inferior del petróleo, en Kcal/gr b. La temperatura máxima de llama teórica cuando es quemado.

18. Un gas analiza 70% de CH4, 20% de C4H10 y 10% de N2. Calcular: a) El análisis químico elemental del gas, expresado el mismo como % peso de C, H y N. b) El poder calorífico inferior. Datos: Qi de CH4 = 38.51 MJ/m3N; Qi de C4H10 = 118.6 MJ/m3N. c) Usando como datos los poderes caloríficos inferiores, calcule el poder calorífico superior del metano, del butano y del gas. d) Calcule el índice de Wobbe del combustible gaseoso. d(metano) = 0.5539; d(butano) = 2.0067; d(nitrógeno) = 0.971 19. Un gas de síntesis cuyo análisis es 6,4% de CO2, 0,2% de O2, 40% CO y 50,8% de H2 (el resto es N2) se quema con 40% de aire seco en exceso ¿Qué composición tiene el gas de chimenea? 20. Un gas que contiene sólo CH4 y N2 se quema con aire para producir un gas de chimenea con un análisis en base seca de CO2 = 8,7%; CO = 1,0%; O2 = 3,8% y N2 = 86,5%. Calcule el porcentaje de aire en exceso que se utilizó en la combustión y la composición de la mezcla CH4 – N2. 21. Un gas natural que consiste por completo de metano (CH4) se quema con aire enriquecido en oxígeno con una composición de 40% de O2 y 60% N2. El análisis del gas de combustión seco del gas producto según el informe de laboratorio de CO2 = 20,2%; O2 = 4,1%; N2 = 75,7%. ¿Puede estar correcto el análisis? Muestre todos los cálculos. 22. Un gas con la siguiente composición se quema con 50% de exceso de aire en un horno. CH4 = 60%, C2H6 = 20%; CO = 5%; O2 = 5%; N2 = 10%. a) Que composición porcentual tiene el gas de chimenea? b) Cual es módulo de Woobe del gas c) Se producirá una combustión estable? 23. Se usa un quemador para convertir gases no quemados en gases inocuos como CO2 y H2O. Si un gas con la siguiente composición porcentual pasa por el quemador : CH4 = 70%; C3H8 = 5%; CO = 15%; O2 = 5%; N2 = 5%, y el gas producto de la combustión tiene 7,73% de CO2; 12,35% de H2O y el resto es O2 y N2; ¿Qué porcentaje de aire se uso?, ¿Según su módulo de Woobe, a que familia y clase pertenece el gas de síntesis?. ¿La combustión del gas de síntesis será espontanea? 24. Se mezcla inicialmente etano con oxígeno para obtener un gas que contiene 80% de C2H6 y 20% O2; que luego se quema en un gasificador con 200% de aire en exceso. El 80% del etano se convierte en CO2, el 10% se quema a CO y 10% no se quema. Calcule la composición del gas de salida sobre una base húmeda. Respuesta: C2H6 = 0,21%; O2 = 14,41%; N2 = 76,05%; CO2 = 3,32%; CO=0,41%; H2O = 5,60%. 25. Un gas preparado especialmente con 80% de CH4 y 20% de N2 se quema con aire en una caldera. El análisis del gas seco del gas de chimenea producido es: 1,2% de CO2; 4,9% de O2 y 93,9% de N2. A fin de reducir la concentración de CO2 en el gas de chimenea, una buena parte del CO2 del gas de chimenea se absorbe antes de que los gases de combustión pasen a la chimenea. Suponga que la combustión es completa. Calcule el aire en exceso y la razón entre los moles de los gases que salen por la chimenea y los moles del gas en la alimentación. 26. Un gas combustible analiza: CH4 = 20%, C2H6 = 50%; C3H8 = 7%; O2 = 3%; N2 = 5%; CO2= 8%; CO = 7%, se quema con un exceso de 60% de aire. Calcular: a) La masa molar del gas Resp. 19,12 g/mol

b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o) p) q) r) s) t)

La masa molar de los gases de combustión húmedos. Resp. 28,45 g/mol La masa molar de los gases de combustión secos. Resp. 29,7 g/mol La densidad de los gases de combustión Resp. 1,27 kg/m3N La densidad relativa de los gases de combustión Resp. 1,016 Relación oxígeno/combustible estequiométrica en mol Resp. 2,505 mol/mol Relación oxígeno/combustible real en moles Resp. 4,008 mol/mol Relación aire/combustible estequiométrica en molesResp. 11,93 mol/mol Relación aire/combustible real en moles Resp. 19,08 mol/mol Relación aire/combustible estequiométrica en kg Resp. 11,818 kg/kg Relación aire/combustible real en kg Resp. 18,909 kg/kg Relación gases húmedos/combustible, en moles Resp. 20,371 mol/mol Relación gases húmedos/combustible, en kg Resp. 19,903 kg/kg Relación gases secos/combustible, en moles Resp. 18,191 mol/mol Relación gases secos/combustible, en kg Resp. 18,555 kg/kg Relación gases húmedos/combustible, en kg/m3N Resp. 25,873 kg/m3N Resp. 24,122 kg/m3N Relación gases secos/combustible, en kg/m3N El poder calorífico superior del combustible seco Resp. 51,154 MJ/m3N El poder calorífico inferior del gas combustible seco Resp. 46,755 MJ/m3N La composición de los gases de combustión húmedos Resp. CO2 = 7,66%; H2O = 10,7%; O2 = 7,37%; N2 = 74,26%. u) La composición de los gases de combustión secos Resp. CO2 = 8,58%; O2 = 8,26%; N2 = 83,16%.

27. Un gas combustible analiza: CH4 = 65%, C2H6 = 25%; N2 = 7%; CO = 3%, se quema con un exceso de aire de 80%. Calcular: a) La masa molar del gas b) La masa molar de los gases de combustión húmedos. c) La masa molar de los gases de combustión secos. d) La densidad de los gases de combustión e) La densidad relativa de los gases de combustión f) Relación oxígeno/combustible estequiométrica en mol g) Relación oxígeno/combustible real en moles h) Relación aire/combustible estequiométrica en moles i) Relación aire/combustible real en moles j) Relación aire/combustible estequiométrica en kg k) Relación aire/combustible real en kg l) Relación gases húmedos/combustible, en moles m) Relación gases húmedos/combustible, en kg n) Relación gases secos/combustible, en moles o) Relación gases secos/combustible, en kg p) Relación gases húmedos/combustible, en kg/m3N q) Relación gases secos/combustible, en kg/m3N r) El poder calorífico superior del combustible seco s) El poder calorífico inferior del gas combustible seco t) La composición de los gases de combustión húmedos u) La composición de los gases de combustión secos v) El modulo de Woobe w) Los límites superior e inferior de combustión del combustible. x) Se tendrá una combustión estable de este combustible?

28. Un gas combustible tiene la siguiente composición: H2 = 40%; CH4 = 22%; C2H4 = 7%; N2 = 4%; CO = 18%; O2 = 1%; CO2 = 3%; H2O = 5%. Para su combustión, se suministra aire a un quemador de premezcla empleando un exceso de 15%. Calcular: a. Los m3 de aire usados para quemar un m3N de gas. b. Los m3 de productos de combustión y su composición, por m3N de gas combustible. c. El peso en kg de un m3N de combustible y un m3N de productos de combustión. d. El peso de aire utilizado en quemar un kg de combustible. e. Los gramos de vapor de agua contenidos en un m3N de combs}ustible y un m3N de productos de combustión. f. El módulo de Woobe del combustible. g. Se producirá una combustión estable? 29. Un gas natural analiza: CH4 = 82%; H2 = 4%; CO = 5%; CO2 = 7%; N2 =2%. El gas se alimenta a través de un ducto que se encuentra a – 8 °C y una presión de 820 mm Hg, y es quemado con aire a la temperatura de 30 °C y presión de 735 mm Hg. Los productos de combustión tienen 3% de oxígeno libre. Calcular: a. Los m3 de aire seco utilizados para quemar 1 m3 de gas natural, ambos medidos en condiciones normales, y el porcentaje de exceso de aire utilizado. b. La composición en porcentaje de los productos de combustión. c. Los m3 de aire utilizados para quemar un m3N de gas, ambos medidos en las condiciones en las que llegan al quemador. d. El peso de un m3 de gas, en las condiciones del ducto. 30. Un gas de alumbrado tiene el siguiente análisis: CO = 25,2%; H2 = 15,3%; CO2 = 5,0%; CH4 = 4,0%; H2O = 2,9%, N2 = 47.6%. Calcular: a) La temperatura máxima de llama teórica de este gas. b) La temperatura máxima teórica de llama. Cuando es quemado con 50% de exceso de gas frio. c) La temperatura máxima teórica de llama, cuando se quema con 10% de exceso de aire, y el gas y el aire son precalentados a 1000 ºC.