QA Combustión 2023

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RESOLUCIÓN DE 
PROBLEMAS DE 
COMBUSTIÓN
Departamento de Ingeniería Mecánica
Cátedra: Química Aplicada
2
Definición: proceso químico exotérmico, cuyo fin es generar energía.
Para completar la definición de combustión debemos indicar que el 
inicio de la misma deberá ser provocado por una energía de activación, 
generada a partir de una chispa o una fuente calórica.
COMBUSTIÓN
3
AIRE
4
TIPOS DE COMBUSTIÓN
5
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*
6
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
7
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
8
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
9
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 1,35 (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
10
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%
11
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
12
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
13
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
14
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
Utilizaremos la siguiente fórmula:
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 = Masa x PC × 𝜇 = 2 x 125
kg
h
x 10150
kcal
kg
x 0,8
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 = 2.030.000 kcal/h = 8.494 MJ/h 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 = Masa x PC × 𝜇
Componentes M. Atóm Nº Átom. Masa Composición
15
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
16
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
17
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
Calculamos la composición del oleato de metilo 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
18
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
19
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
20
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)
	Diapositiva 1: RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE COMBUSTIÓN
	Diapositiva 2
	Diapositiva 3
	Diapositiva 4
	Diapositiva 5
	Diapositiva 6
	Diapositiva 7
	Diapositiva 8
	Diapositiva 9
	Diapositiva 10
	Diapositiva 11
	Diapositiva 12
	Diapositiva 13
	Diapositiva 14
	Diapositiva 15
	Diapositiva 16
	Diapositiva 17
	Diapositiva 18
	Diapositiva 19
	Diapositiva 20