4. 1. Ajustar la reacción de combustión completa del octano (C8H18) si el dosado
relativo de la mezcla combustible-aire es 0,87. Calcular también el coeficiente de
exceso de aire correspondiente.
4
5. 1. Ajustar la reacción de combustión completa del octano (C8H18) si el dosado
relativo de la mezcla combustible-aire es 0,87. Calcular también el coeficiente de
exceso de aire correspondiente.
5
𝑪𝟖𝑯𝟏𝟖 + 𝟏𝟒, 𝟑𝟕𝟓 𝑶𝟐 + 𝟓𝟒, 𝟎𝟓 𝑵𝟐 → 𝟖 𝑪𝑶𝟐 + 𝟗 𝑯𝟐𝑶 + 𝟓𝟒, 𝟎𝟓 𝑵𝟐 + 𝟏, 𝟖𝟕𝟓 𝑶𝟐
exceso de aire %= 𝟏𝟓%
Respuesta:
6. 2. Ajustar la reacción de combustión completa del queroseno, para el que se
supone una formulación media C12H24, suponiendo que se introduce un exceso de
aire de un 300%. Calcular también el dosado relativo.
6
7. 2. Ajustar la reacción de combustión completa del queroseno, para el que se
supone una formulación media C12H24, suponiendo que se introduce un exceso de
aire de un 300%.
7
𝑪𝟏𝟐𝑯𝟐𝟒 + 𝟕𝟐 𝑶𝟐 + 𝟐𝟕𝟎, 𝟖 𝑵𝟐 → 𝟏𝟐 𝑪𝑶𝟐 + 𝟏𝟐 𝑯𝟐𝑶 + 𝟐𝟕𝟎, 𝟖 𝑵𝟐 + 𝟓𝟒 𝑶𝟐
𝑭𝑹 =0,25
Respuesta:
8. Experimentalmente se ha podido comprobar que el volumen que ocupa un mol de
cualquier gas ideal en condiciones normales (Presión = 1 atm, Temperatura = 0° C)
es de 22,4 litros. (1000 litros = 1 metro cúbico)
Un combustible cualquiera con C kg de carbono, H kg de hidrógeno y S kg de
azufre, reacciona con el oxígeno de la siguiente manera:
8
C+𝑶𝟐 → 𝑪𝑶𝟐
𝟐𝑯𝟐 + 𝑶𝟐 → 𝟐𝑯𝟐𝑶
𝑺 + 𝑶𝟐 → 𝑺𝑶𝟐
H2+ O2 → H2O H2+
1
2
O2→H2O
11. 11
𝑽𝑶𝟐
= 𝟐𝟐, 𝟒
𝑪
𝟏𝟐
+
𝑯
𝟒
+
𝑺
𝟑𝟐
−
𝑶
𝟑𝟐
𝒎𝟑
𝒌𝒈
= 𝟐𝟐, 𝟒
𝑪
𝟏𝟐
+
𝑺
𝟑𝟐
+
𝟏
𝟒
𝑯 −
𝑶
𝟖
𝒎𝟑
𝒌𝒈
𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑞𝑢𝑒
𝑂
32
𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑜𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒.
𝐿𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝐻 −
𝑂
8
𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒.
El hidrógeno disponible representa la parte del hidrógeno que queda en el combustible
después de quemar el propio hidrógeno del combustible en el oxígeno existente, ya que se
necesitan 8 gramos de oxígeno para consumir 1 gramo de hidrógeno.
12. Como solamente el 21% del aire es oxígeno, entonces el volumen de aire mínimo
necesario para quemar 1 kg de combustible es:
12
𝑽𝒂𝒊𝒓𝒆 𝒎í𝒏𝒊𝒎𝒐 =
𝟐𝟐, 𝟒
𝟎, 𝟐𝟏
𝑪
𝟏𝟐
+
𝑯
𝟒
+
𝑺
𝟑𝟐
−
𝑶
𝟑𝟐
𝒎𝟑
𝒌𝒈
=
𝟑𝟐𝟎
𝟑
𝑪
𝟏𝟐
+
𝑺
𝟑𝟐
+
𝟏
𝟒
𝑯 −
𝑶
𝟖
𝒎𝟑
𝒌𝒈
13. Existen fórmulas empíricas que permiten calcular el volumen de aire necesario
por kg. de combustible, en función a la potencia calorífica inferior Pi del mismo:
13
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠: 𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 =
1,01 𝑃𝑖
1000
+ 0,5
𝑚3
𝑘𝑔
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜𝑠: 𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 =
0,85 𝑃𝑖
1000
𝑚3
𝑘𝑔
14. 14
Estado físico del combustible
Combustibles sólidos
Carbón
Lignocelulosa
Residuos naturales
Combustibles líquidos
Derivados del petróleo
Alcoholes
Aceites, etc.
Combstibles gaseosos
Gas natural (biogas)
Hidrógeno
Otros
15. Si por ejemplo en 1 m3 de combustible gaseoso existen H m3 de hidrógeno, CO m3
de monóxido de carbono, CH4 m3 de metano, C2H4 m3 de etano, C2H2 m3 de
acetileno y C6H6 m3 de benceno, el volumen de aire mínimo queda:
15
𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 = 4,76
𝐻 + 𝐶𝑂
2
+ 2𝐶𝐻4 + 3𝐶2𝐻4 + 2,5𝐶2𝐻2 + 7,5𝐶6𝐻6 − 𝑂 𝑚3
16. Si la cantidad de hidrocarburos pesados (eteno, acetileno y benceno) no se conoce
en detalle, pero sí el valor de su suma ∑ CH m3, se puede aplicar con aproximación
suficiente la expresión:
16
𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 = 4,76
𝐻 + 𝐶𝑂
2
+ 2𝐶𝐻4 + 3 𝐶𝐻 − 𝑂 𝑚3
17. Si se conoce la potencia calorífica inferior Pcal. Inf. del combustible:
Para los gases pobres como el gas de alto horno, gas de gasógeno, gas de agua, etc., se
tiene:
Para los gases ricos, como el gas del alumbrado, gas de refinerías, gas de hornos de
coque, etc.:
17
𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 =
0,875 𝑃𝑐𝑎𝑙.𝑖𝑛𝑓
1000
𝑚3
𝑚3
𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 =
1,09 𝑃𝑐𝑎𝑙.𝑖𝑛𝑓
1000
− 0,25
𝑚3
𝑚3
19. El poder fumígeno se define como el peso de los humos producidos en la
combustión de la unidad de combustible. Considerando que la combustión se
realiza empleando como comburente no el oxígeno puro, sino el aire, los gases
procedentes de la combustión serán, para la combustión perfecta, anhídrido
carbónico, vapor de agua y nitrógeno, y además, para el caso de que la
combustión no sea completa, óxido de carbono. También habrá oxígeno
procedente del aire, si éste se ha tomado en exceso, y si el combustible tiene
azufre, habrá anhídrido sulfuroso.
19
20. El peso y volumen de los gases de combustión, que por 1 kg de combustible tiene
C kg de carbono, H kg de hidrógeno, S kg de azufre y Z kg de cenizas, los
obtenemos en la forma:
Volumen de los humos secos:
20
𝑉ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑠 = 𝑉𝐻2
+ 𝑉𝐶𝑂2
+ 𝑉𝑆𝑂2
=
79
21
× 22,4
𝐶
12
+
𝑆
32
+
1
4
𝐻 −
𝑂
8
+ 22,4
𝐶
12
+
𝑆
32
𝑚3
ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠
𝑘𝑔𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
𝑉ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑠 = 22,4
100
21
𝐶
12
+
𝑆
32
+
79
21
8𝐻 − 𝑂
32
𝑚3
ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠
𝑘𝑔𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
22. Coeficiente de exceso de aire: La relación entre el aire real y el aire mínimo se
denomina coeficiente de exceso de aire,s:
Exceso de aire: El exceso de aire e o e.a se define de la forma:
22
𝑠 =
𝐴𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝐴𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜
𝑒 = 𝐴𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝐴𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 = (𝑠 − 1)𝐴𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜
que se suele expresar en porcentaje%, pudiendo ser positivo (exceso), o negativo (defecto).
23. El volumen de aire práctico es igual al volumen de aire mínimo o volumen de aire
teórico más el porcentaje (expresado en centésimas) del exceso de aire por el
volumen de aire teórico, es decir:
23
𝑉
𝑝 = 𝑉𝑡 +
𝑒
100
𝑉𝑡
24. Si se admite que el H y el S se queman completamente, y que el C se quema
parcialmente produciendo CO2 y CO, las ecuaciones de volúmenes de humos
producidos son:
24
𝑥 = % 𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑂2 = 100
0,21 ×
𝑒
100
𝑉𝑡 +
𝑉𝐶𝑂
2
𝑉
ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑠+
𝑒
100
𝑉𝑡+
𝑉𝐶𝑂
2
y = % 𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝐶𝑂2 = 100
𝐴
100 𝑉ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑠 − 𝑉𝐶𝑂
𝑉
ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑠+
𝑒
100
𝑉𝑡+
𝑉𝐶𝑂
2
𝑡 = % 𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝐶𝑂 = 100
𝑉𝐶𝑂
𝑉
ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑠+
𝑒
100𝑉𝑡+
𝑉𝐶𝑂
2
A partir de estos cálculos se
puede representar
gráficamente la
combustión, mediante el
triángulo de la combustión
o diagrama de Ostwald,
cuya construcción
exponemos a continuación.
26. Con el objeto de analizar y estudiar sistemáticamente el proceso de combustión
de los carbones, Ostwald desarrolla en 1919 un diagrama para su análisis que en
1949 es generalizado por Schwart para todo tipo de combustibles(incluyendo los
gaseosos con CO2) y para condiciones de exceso o defecto de oxígeno.
(A partir de aquí se hablará siempre de aire en lugar de oxígeno ya que para la
mayoría de las combustiones, se utiliza aire y no oxígeno puro).
26
27. El diagrama de Ostwald es una representación gráfica, sobre un plano de ejes
ortogonales (% de O2 en horizontales, y % de CO2 en verticales), de la combustión
y la composición de sus humos.
La representación tiene parámetros fundamentales de la combustión:
n: parámetro del aire presente (n=1 aire estequiométrico o necesario, n>1 exceso, n<1
carencia)
a: parámetro de imperfecciones (a=0 combustión perfecta)
27
28. La representación dispone de un único cuadrante (el primero) por ser el único con
significado físico, ya que es ilógico hablar de porcentajes negativos de gases.
Antes de representar una combustión en el diagrama de Ostwald debemos verificar
que cumple las condiciones:
Todo el carbono C del combustible debe transformarse en CO2 (dióxido de carbono) o CO
(monóxido de carbono) de modo que o quede carbono C libre.
Todo el hidrógeno H del combustible debe formar agua (H2O) de modo que no exista
hidrógeno libre H2 entre los productos de la combustión.
Todo el azufre S del combustible debe oxidarse a SO2.
28
