QA Combustión 2022

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RESOLUCIÓN DE 
PROBLEMAS DE 
COMBUSTIÓN
Departamento de Ingeniería Mecánica
Cátedra: Química Aplicada
2
Calcular el consumo teórico o estequiométrico de oxígeno 
para la combustión completa de 150 kg de gas metano. 
1
CH4 O2 CO2 H2O2 2
PROBLEMA
Masa 
Molecular 
Relativa
Nº Mol
Masa 
Total
16 32 44 18
1 2 1 2
16g 64g 44g 36g
16kg de CH4 64kg de O2
150kg de CH4 X= 600kg de O2
1 1
Masa Atómica
C = 12
H = 1
O = 16
*Como unidad de masa utilizamos el kg para todos los ejercicios.
Masa 
Total* 16kg* 64kg* 44kg* 36kg*
3
Calcular el volumen de aire expresado en m3 que contenga 
la cantidad de oxígeno obtenido del problema anterior.
2
PROBLEMA
1kg de O2 4,35kg de Aire
600kg de O2 X= 2610kg de Aire
1 kg de Aire = 0,23 kg de Oxígeno + 0,77 kg de Gases Inertes 
4,35 kg de Aire = 1 kg de Oxígeno + 3,35 kg de Gases Inertes 
1kg de Aire 0,844m3 de Aire
2610kg de Aire X= 2203m3 de Aire
Volumen específico del aire = 0,844 ൗ𝑚
3
𝑘𝑔
4
Calcular el consumo de aire necesario para la combustión de 1.250 kg de 
gas propano.
Considerar un exceso de 35 % de aire. Expresar el resultado en kg y m3.
Además calcular la cantidad de agua, dióxido de carbono y los kg de 
oxígeno en exceso.
3
C3H8 O2 CO2 H2O5 4
PROBLEMA
Masa 
Molecular 
Relativa
Nº Mol
Masa 
Total
44 32 44 18
1 5 3 4
44kg 160kg 132kg 72kg
44kg de C3H8 160kg de O2
1.250kg de C3H8 X= 4.545kg de O2
3
Masa Atómica
C = 12
H = 1
O = 16
5
1kg de O2 4,35kg de Aire
4.545kg de O2 X= 19.770kg de Aire
1 kg de Aire = 0,23 kg de Oxígeno + 0,77 kg de Gases Inertes 
4,35 kg de Aire = 1 kg de Oxígeno + 3,35 kg de Gases Inertes 
1kg de Aire 0,844m3 de Aire
26.690kg de Aire X= 22.526m3 de Aire
Volumen específico del aire = 0,844 ൗ𝑚
3
𝑘𝑔
Considerando el exceso de aire (35%):
19.770kg Aire x 1,35 = 26.690kg de Aire
Ahora calculamos las masas de O2 en exceso, CO2 y H2O.
C3H8 + 5O2 --> 3CO2 + 4H2O + 35%O2
44kg de C3H8 132kg de CO2
1.250kg de C3H8 X= 3.750kg de CO2
44kg de C3H8 72kg de H2O
1.250kg de C3H8 X= 2.045kg de H2O
4.545kg de O2 Estequiométrico x 0,35 (35% Exceso) = 1.591kg de O2 en exceso
6
En una caldera se quema fuel oil de composición C16H32 con 35% de 
exceso de aire.
Indicar la ecuación química correspondiente.
Establecer: a) la relación aire / combustible expresado en m3/kg y kg/ kg 
b) % en peso de los gases en la chimenea.
4
C16H32 O2 CO2 H2O24 16
PROBLEMA
Masa 
Molecular 
Relativa
Nº Mol
Masa 
Total
224 32 44 18
1 24 16 16
224kg 768kg 704kg 288kg
16
Masa Atómica
C = 12
H = 1
O = 16
4,35 kg de Aire = 1 kg de Oxígeno + 3,35 kg de Gases Inertes Volumen específico del aire = 0,844 ൗ𝑚
3
𝑘𝑔
1kg de O2 4,35kg de Aire
768kg de O2 X= 3.341kg de Aire → x 0,35 (exceso aire) = 4.510kg de Aire x 0,844 ൗ
𝑚3
𝑘𝑔 = 3.807𝑚
3
𝑅𝐴/𝐶 =
𝑉𝑜𝑙. 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
= 
3807𝑚3
224𝑘𝑔
= 17𝑚3/𝑘𝑔 𝑅𝐴/𝐶 =
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
= 
4510𝑘𝑔
224𝑘𝑔
= 20
𝑘𝑔 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑘𝑔 𝐶𝑜𝑚𝑏
Componentes Masa Composición
7
1 kg de Aire = 0,23 kg de Oxígeno + 0,77 kg de Gases Inertes 
4,35 kg de Aire = 1 kg de Oxígeno + 3,35 kg de Gases Inertes 
Volumen específico del aire = 0,844 ൗ𝑚
3
𝑘𝑔
Ahora calculamos la composición de los gases que salen de la chimenea:
C16H32 + 24O2 + 35%O2 + GI--> 16CO2 + 16H2O + 35%O2 (en exceso) + GI
O2 en exceso = 768 kg de O2 Estequiométrico x 0,35 (35% Exceso) = 269 kg de O2
O2 total= 768 kg + 269 kg = 1037 kg de O2 
1kg de O2 3,35kg de GI
1.037kg de O2 X= 3.474kg de GI
704kg
288kg
CO2
H2O
O2 269kg 
3.474kgGases Inertes
Gases Totales 4.735kg 100%
%𝐶𝑂2 =
704𝑘𝑔
4735𝑘𝑔
𝑥 100 = 14,87%
%𝐻2𝑂 =
288𝑘𝑔
4735𝑘𝑔
𝑥 100 = 6,08%
%𝑂2 =
269𝑘𝑔
4735𝑘𝑔
𝑥 100 = 5,68%
%𝐺𝐼 =
3.474𝑘𝑔
4735𝑘𝑔
𝑥 100 = 73,37%
14,87%
6,08%
5,68%
73,37%
8
Calcular el consumo de aire para quemar alcohol etílico que tiene la 
siguiente composición:
C; 52%, H; 13%; O; 35%.
5
PROBLEMA
𝐶2𝐻5 − 𝑂𝐻
𝑅𝐴/𝐶 =
11,6 𝑥 %𝐶 + 34,8 𝑥 %𝐻 + 4,35 𝑥 %𝑆 − 4,35 𝑥 %𝑂
100
Utilizaremos la siguiente fórmula:
𝑅𝐴/𝐶 =
11,6 𝑥 52 + 34,8 𝑥 13 + 4,35 𝑥 0 − 4,35 𝑥 35
100
𝑅𝐴/𝐶 = 9
𝑘𝑔 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑘𝑔 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙
9
Calcular el consumo de aire con un exceso del 25% para quemar fuel oil
cuya composición es:
C; 85,5%, H; 12%, S; 0,9%, O; 1,5%
6
PROBLEMA
𝑅𝐴/𝐶 =
11,6 𝑥 %𝐶 + 34,8 𝑥 %𝐻 + 4,35 𝑥 %𝑆 − 4,35 𝑥 %𝑂
100
Utilizaremos la fórmula anterior:
𝑅𝐴/𝐶 = 11,6 𝑥 0,855 + 34,8 𝑥 0,12 + 4,35 𝑥 0,009 − 4,35 𝑥 0,015
𝑅𝐴/𝐶 = 14,07
𝑘𝑔 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑘𝑔 𝐹𝑢𝑒𝑙 𝑂𝑖𝑙
Considerando exceso de aire de 25%:
𝑅𝐴/𝐶 = 14,07 𝑥 1,25 → 𝑅𝐴/𝐶 = 17,6
𝑘𝑔 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑘𝑔 𝐹𝑢𝑒𝑙 𝑂𝑖𝑙
10
Calcular el poder calorífico de un carbón mineral tipo hulla que tiene la 
siguiente composición
C; 72%, H; 7,5%, O; 5%, S; 3%, cenizas: 12,5%
7
PROBLEMA
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 =
8.030 𝑥 %𝐶 + 28.500 𝑥 %𝐻 + 2.200 𝑥 %𝑆 − 3.600 𝑥 %𝑂
100
Utilizaremos la siguiente fórmula:
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 =
8.030 𝑥 72 + 28.500 𝑥 7,5 + 2.200 𝑥 3 − 3.600 𝑥 5
100
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 = 7805
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
11
En un horno se quema fuel oil en 2 quemadores a razón de 125 kg/ hora 
por cada quemador.
Calcular la energía generada por hora considerando una eficiencia del 
80%.
Considerar el poder calorífico del fuel oil 10150 kcal/kg –1 (42,47 MJ/kg)
Consumo de los dos quemadores: 125 kg/hora x 2 = 250 kg/hora 
8
PROBLEMA
𝑃𝐶 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 [𝑘𝑐𝑎𝑙]
𝑀𝑎𝑠𝑎 [𝑘𝑔]
Utilizaremos la siguiente fórmula:
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 = Masa x PC = 2 x 125
kg
h
x 10150
kcal
kg
x 0,8
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 = 2.030.000 kcal/h = 8.494 MJ/h 
𝜇
Componentes M. Atóm Nº Átom. Masa Composición
12
24
1
C
H
O 16
Total 46 100%
%𝐶 =
24
46
𝑥 100 = 52%
%𝐻 =
6
46
𝑥 100 = 13%
%𝑂 =
16
46
𝑥 100 = 35%
52%
13%
35%
Guía de Problemas Combustión S2BP4
1
PROBLEMA
En un establecimiento industrial se requieren una energía de 108 kcal por cada día de trabajo para
ello se va a utilizar como combustible; alcohol etílico cuya fórmula es CH3 – CH2OH
Se desea saber:
a) El poder calorífico del alcohol etílico calculado según la siguiente expresión:
Poder calorífico [kcal/kg] =(8030 x %C + 28500 x %H + 2220 x %S − 3600 x %0)/100
b) La cantidad de alcohol etílico necesario por cada día de trabajo expresado en kilogramos
y litros considerando que la densidad del alcohol etílico anhidro es de 0,789 g/mL
2
6
16
Calculamos la composición del alcohol etílico según su fórmula.
CH3 – CH2OH C2H6O
12 
6
1
13
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 =
8.030 𝑥 %𝐶 + 28.500 𝑥 %𝐻 + 2.200 𝑥 %𝑆 − 3.600 𝑥 %𝑂
100
Utilizamos los porcentajes calculadas en la siguiente fórmula:
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 =
8.030 𝑥 52 + 28.500 𝑥 13 − 3.600 𝑥 35
100
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 = 6621
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
Calculamos la masa y el volumen de alcohol etílico, en función de la energía requerida:
𝑃𝐶 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 [𝑘𝑐𝑎𝑙]
𝑀𝑎𝑠𝑎 [𝑘𝑔]
𝑀𝑎𝑠𝑎 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 [𝑘𝑐𝑎𝑙]
𝑃𝐶 [𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔]
=
108𝑘𝑐𝑎𝑙
6.621 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
𝑀𝑎𝑠𝑎 = 15.103𝑘𝑔
𝛿𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 0,789
𝑘𝑔
𝑙
=
𝑚[𝑘𝑔]
𝑣𝑜𝑙[𝑙]
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 19.142 𝑙
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 =
𝑚
𝛿
=
15.103𝑘𝑔
0,789𝑘𝑔
𝑙
Componentes M. Atóm Nº Átom. Masa Composición
14
228
1
C
H
O 16
Total 296 100%
%𝐶 =
228
296
𝑥 100 = 77%
%𝐻 =
36
296
𝑥 100 = 12,2%
%𝑂 =
32
296
𝑥 100 = 10,8%
77%
12,2%
10,8%
Guía de Problemas Combustión S2BP4
12
PROBLEMA
Uno de los procesos para la elaboración del biodiesel es el resultado de la transesterificación del
alcohol metílico y el aceite de girasol de alto oleico y responde a la siguiente formula semi
desarrollada: CH3(CH2)7CH═CH(CH2)7COOCH3 (oleato de metilo)
Se desea conocer:
a) El poder calorífico calculado mediante la siguiente expresión
Poder calorífico [kcal/kg] =(8030 x %C + 28500 x %H + 2220 x %S − 3600 x %0)/100
b) La relación másica aire combustible aplicando la siguiente expresión
19
36
32
Calculamosla composición del alcohol etílico según su fórmula.
CH3(CH2)7CH═CH(CH2)7COOCH3 C19H36O2
12 
36 
2
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒=
11,6 𝑥 %𝐶+34,8 𝑥 %𝐻+4,35 𝑥 %𝑆 −4,35 𝑥 %𝑂
100
15
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 =
8.030 𝑥 %𝐶 + 28.500 𝑥 %𝐻 + 2.200 𝑥 %𝑆 − 3.600 𝑥 %𝑂
100
Utilizamos los porcentajes calculadas en la siguiente fórmula:
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 =
8.030 𝑥 77 + 28.500 𝑥 12,2 − 3.600 𝑥 10,8
100
𝑃𝐶𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 = 9271
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
Calculamos la relación másica aire-combustible aplicando la expresión dada:
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
=
11,6 𝑥 %𝐶 + 34,8 𝑥 %𝐻 + 4,35 𝑥 %𝑆 − 4,35 𝑥 %𝑂
100
𝑅
𝐴𝑖𝑟𝑒
𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
=
11,6 𝑥 77 + 34,8 𝑥 12,2 + 4,35 𝑥 0 − 4,35 𝑥 10,8
100
𝑅
𝐴𝑖𝑟𝑒
𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
= 12,71 𝑘𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑘𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏
16
Tomando en consideración el mismo tipo de biodiesel del problema anterior.
Se desea saber:
a) La relación másica aire combustible calculada a partir de la ecuación estequiométrica, según
la reacción química
b) La relación másica llamada mezcla pobre con un 10% de exceso de aire
c) La relación másica llamada mezcla rica con un defecto de 15% de aire
C19H36O2 O2 CO2 H2O27 18
PROBLEMA
Masa 
Molecular 
Relativa
Nº Mol
Masa 
Total
296 32 44 18
1 27 19 18
296kg 864kg 836kg 324kg
19
Masa Atómica
C = 12
H = 1
O = 16
4,35 kg de Aire = 1 kg de Oxígeno + 3,35 kg de Gases Inertes 
1kg de O2 4,35kg de Aire
864kg de O2 X= 3.758kg de Aire
𝑅𝐸𝐴/𝐶 =
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
= 
3758 𝑘𝑔
296𝑘𝑔
= 12,7𝑘𝑔𝐴/𝑘𝑔𝐶
Guía de Problemas Combustión S2BP4
13
17
Masa aire =3.758kg
𝑅𝑃𝐴/𝐶 =
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑥 1,1
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
= 
4134 𝑘𝑔
296𝑘𝑔
= 14𝑘𝑔𝐴/𝑘𝑔𝐶
Ahora calculamos la relación másica aire-combustible para una mezcla 
pobre con un exceso del 10%.
Masa aire =3.758kg
𝑅𝑅𝐴/𝐶 =
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑥 0,85
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
= 
3194 𝑘𝑔
296𝑘𝑔
= 10,8𝑘𝑔𝐴/𝑘𝑔𝐶
Por último, calculamos la relación másica aire-combustible para una 
mezcla rica con un defecto del 15%.
Verificación de los resultados
En forma directa podemos aplicar sobre 12,7 el incremento del 10 % para la mezcla pobre 
(12,7 x 1,1 = 14) y la reducción del 15 % para la mezcla rica (12,7 x 0,85 = 10,8)