EJERCICIOS PRÁCTICOS

1. E
EJ
JE
ER
RC
CI
IC
CI
IO
OS
S P
PR
RÁ
ÁC
CT
TI
IC
CO
OS
S D
DE
E C
CO
OM
MB
BU
US
ST
TI
IÓ
ÓN
N
A
A C
CO
ON
NT
TI
IN
NU
UA
AC
CI
IÓ
ÓN
N V
VA
AM
MO
OS
S A
A V
VE
ER
R L
LO
OS
S C
CR
RI
IT
TE
ER
RI
IO
OS
S Q
QU
UE
E D
DE
EB
BE
EN
N T
TO
OM
MA
AR
RS
SE
E P
PA
AR
RA
A
R
RE
ES
SO
OL
LV
VE
ER
R P
PR
RO
OB
BL
LE
EM
MA
AS
S E
EN
N L
LO
OS
S Q
QU
UE
E L
LA
AS
S R
RE
EA
AC
CC
CI
IO
ON
NE
ES
S D
DE
E C
CO
OM
MB
BU
US
ST
TI
IÓ
ÓN
N T
TI
IE
EN
NE
EN
N
P
PR
RO
OT
TA
AG
GO
ON
NI
IS
SM
MO
O,
, R
RE
EC
CO
OR
RD
DE
EM
MO
OS
S Q
QU
UE
E E
ES
ST
TO
O E
ES
S U
UN
N R
RE
EP
PA
AS
SO
O…
… L
LO
O A
AP
PR
RE
EN
ND
DI
IM
MO
OS
S E
EN
N
P
PR
RI
IN
NC
CI
IP
PI
IO
OS
S D
DE
E I
IN
NG
GE
EN
NI
IE
ER
RÍ
ÍA
A Q
QU
UÍ
ÍM
MI
IC
CA
A,
, S
SO
OL
LO
O D
DE
EB
BE
EM
MO
OS
S H
HA
AC
CE
ER
R U
UN
N P
PU
UE
EN
NT
TE
EC
CI
IT
TO
O
C
CO
OG
GN
NI
IT
TI
IV
VO
O,
, B
BU
US
SC
CA
AR
R E
ES
SA
AS
S H
HE
ER
RR
RA
AM
MI
IE
EN
NT
TA
AS
S Y
Y Y
YA
A,
, C
CO
OM
MI
IE
EN
NZ
ZA
AN
N L
LO
OS
S C
CÁ
ÁL
LC
CU
UL
LO
OS
S.
.
EJERCICIOS RESUELTOS:
1.- El análisis másico de cierto coque exento de hidrógeno es como sigue: humedad, 4.2%;
cenizas, 10.3%; carbono 85.5%. El coque se somete a la combustión con una corriente aire en
exceso, de cual se obtiene un gas de chimenea seco cuyo análisis es: CO2, 13.6%; CO, 1.5%;
O2, 6.5%; N2, 78.4%. Calcular: Porcentaje de exceso de aire utilizado. Pies cúbicos de aire a 80
ºF y 740 mm de Hg que entran por gr de carbono quemado, y por gramo de coque quemada.
Pies cúbicos de gas de chimenea seco a 690 ºF / gramos de coque. Pies cúbicos de gas de
chimenea húmedo a las condiciones estándar / gramo de coque.
Busquemos la Solución
Tomemos nuestros Datos:
Coque Gas de Chimenea Base Seca
Humedad 4.2% Dióxido de Carbono 13.6%
Cenizas 10.3% Monóxido de Carbono 1.5%
Carbono 85.5% Oxígeno 6.5%
Nitrógeno 78.4%
Asumimos una Base de Cálculo: 100 moles de gases de combustión
Primeramente, calculamos el % en exceso de aire,
rto
O
rto
O
e
O
Aire
Ex
2
2
2
100
_
%



Se puede calcular los moles de carbono que entran en función de un balance por Carbono,

2. molC
n
molCO
molC
molCO
molCO
molC
molCO
n
C E
C
E
C 1
,
15
1
1
5
,
1
1
1
6
,
13
2
2 






.
2
,
181
1
.
12
1
,
15 gr
m
molC
C
gr
molC
m E
C
E
C 



Con los moles de C, se puede calcular los moles requeridos de O2,
2
2 CO
O
C 
 2
2
1
,
15
5
,
1
1
1
2
2
O
mol
n
molC
molC
molO
n Rto
O
Rto
O 



Ahora se calculan los moles de oxígeno en la entrada mediante un balance por componente,
O
ymolH
molO
molO
molO
molCO
molO
molCO
molCO
molO
molCO
n
O E
O
2
2
2
2
2
1
2
5
,
6
1
1
5
,
1
1
2
6
,
13 







Como no existe alimentación de hidrógeno en la reacción no hay producción de agua, por lo
que:
.
92
,
211
.
855
.
0
.
1
.
2
,
181
2
2
gr
m
C
gr
Cq
gr
C
gr
m
n
n E
Cq
E
Cq
E
O
H
S
O
H 





moles
n
gr
m
Cq
gr
O
H
gr
Cq
gr
m S
O
H
S
O
H
E
O
H 4945
.
0
.
901
.
8
.
1
.
042
.
0
.
92
,
211 2
2
2
2






Sustituyendo,
O
molH
molO
O
molH
molO
molO
molO
molO
molCO
molO
molCO
nE
O
2
2
2
2
2
2
1
1
4945
,
0
1
2
5
,
6
5
,
1
1
2
6
,
13 






Por otro lado se sabe que:
2
2
2
2
1
2
1
21
,
0
1
1
4945
,
0
molO
molO
molaire
molO
Zmolaire
O
molH
molO
O
molH
nE
O 




Sustituyendo, nos quedaría:
molO
molO
ZmolO
molO
ZmolO
molO
4945
,
0
19
,
42
42
,
0
19
,
42
042
4945
,
0





3. molaire
molaire
molO
n
mol
n
Z E
O
E
aire 28
,
99
1
21
,
0
28
,
99
28
,
99 2
2






mol
nE
O 85
,
20
2

%
07
,
38
.
%
1
,
15
1
,
15
85
,
20
100
.
% 



 Aire
Ex
mol
mol
mol
Aire
deEx
La otra pregunta es el V (pies3
) de aire por gramo de combustible. Conociendo las condiciones
de T = 80ºF y P = 740 mm Hg. Para determinar el volumen de aire, para usar la ecuación de los
gases ideales solamente faltaría conocer el número de moles del aire / gramo de carbono.
C
gr
molesaire
n
C
gr
aire
mol
n aire
aire _
.
5479
,
0
_
.
2
,
181
_
28
,
99



Aplicando ecuación de gases ideales:
3
28
,
221 ft
V 
Siguiendo con las preguntas, buscaríamos el volumen de aire quemado por gramo de coque.
Coque
gr
molesaire
n
Coque
gr
molaire
n aire
aire _
.
4685
,
0
_
.
92
,
211
28
,
99



Aplicando ecuación de gases ideales:
3
04
,
404 ft
V 
La otra pregunta es volumen gas de chimenea húmedo a las condiciones estándar / gramo de
coque.
moles
nGHu
moles
n
nagua
ngs
n GHu
GHu 4945
,
100
)
4945
.
0
100
( 






Coque
gr
molesaire
n
Coque
gr
molGHu
n GHU
GHu _
.
4742
,
0
_
.
92
,
211
4945
,
100



Así tenemos, aplicando ecuación de Gas Ideal, a condiciones estándar:
3
224
,
0 ft
V 

4. 2.- En una prueba realizada en una caldera con alimentación de aceite no fue posible medir la
cantidad de aceite quemado, aunque el aire que se empleó se determinó insertando un medidor
tipo venturi en la línea de aire. Se encontró que se había utilizado 5000 pies3
/ min de aire a 80
ºF y 10 lbf / plg2
man. El análisis del gas de chimenea seco es: CO2, 10.7%; CO, 0.55%; O2,
4.75%; N2, 84.0%. Si se supone que el aceite está formado únicamente por hidrocarburos,
calcular los galones por hora de aceite que se queman. El peso específico del aceite es 0.94.
Busquemos la Solución
Datos del Aire
Base de Cálculo: 1 min
V = 5000 pies3
;
T = 80 ºF = 540 ºR
Pabs = Pman + Patm = (10 + 14.7) psia = 24.7 psia
Si aplicamos la ecuación de los gases ideales podríamos determinar el número de moles de
aire:
PV=nRT24.7Psia x 5000ft3
= naire x 10.73Psia ft3
/lbmol ºR x 540ºR → naire = 21.31lbmoles
Por lo tanto tendremos también:
n(O2)= 0.21 x 21.31lbmoles = 4.475lbmoles; n(N2) = 0.79 x 21.31lbmoles = 16.835lbmoles;
Como tenemos los datos para los Gases de Combustión Secos
CO2 = 10.70 %, CO = 0.55 %, O2 = 4.75 %, N2 = 84.00 %
Aplicando para N2 que no reacciona, tenemos: GCS
GCS
N n
n 
 84
.
0
2
Despejando obtenemos los
moles de gases de combustión: ntotales = 16.835 /0.84 = 20.042lbmoles
Lo que nos daría los siguientes datos:
n(CO2) = 2.144lbmol; n(CO) = 0.110lbmol; n(O2) = 0.952lbmol; n(N2) = 16.835lbmol
De los datos del aire conocemos la cantidad de Oxígeno que entra en el proceso, y con los
porcentajes de gases de combustión conocemos el oxígeno que sale en el gas seco, solo falta
calcular la masa que sale en el agua:
GCH
O
E
O n
n 2
2


5. O
lbmolH
lbmolO
O
ylbmolH
lbmolO
lbmolCO
lbmolO
lbmolCO
lbmolCO
lbmolO
lbmolCO
nGCH
O
2
2
2
2
2
2
2
2
1
5
,
0
9521
,
0
1
5
,
0
110
.
0
1
1
144
.
2
2







lbmol
nGCH
O
H 6478
,
2
2

Conociendo la cantidad de agua producida se puede determinar la cantidad de hidrógeno:
2
2
2
2 6478
,
2
1
1
6478
,
2 2
2
lbmolH
n
O
lbmoldeH
lbmolH
O
lbmolH
n GCH
H
GCH
H 



Para determinar la cantidad de combustible hay que establecer la cantidad de carbono que
entra al proceso: 
 GCS
C
E
C n
n
lbmoles
n
lbmolCO
lbmolC
lbmolCO
lbmolCO
lbmolC
lbmolCO
n GCS
C
GCS
C 254
.
2
1
1
110
.
0
1
1
144
.
2
2
2 





Se conocen las cantidades de carbono e hidrógeno en el combustible, y se sabe que la
gravedad específica del combustible es de 0.94 gr/cc, por lo que se puede decir que la
densidad del combustible es de 0.94 gr/cc, quedando el volumen del combustible igual a:
comb
comb
Comb
m
V


La masa del combustible se calcula por la sumatoria de la masa de hidrógeno y carbono
presente en el combustible, y las mismas se determinan a partir de los moles:
gal
V
lt
gal
cc
lt
cc
V
lb
x
cc
gr
lb
V
lb
m
lb
m
lbmolC
lbC
lbmolC
m
lb
m
lbmolH
lbH
lbmolH
m
Comb
Comb
Comb
Comb
C
C
H
H
123
.
4
1000
17
,
264
1000
1
507
,
15607
1
10
536
,
4
/
94
,
0
3436
,
32
3436
,
32
048
,
27
1
12
254
,
2
2956
,
5
1
2
6478
,
2
2
2
2
2 2
2

















Transformando a galones por hora, conseguiríamos:
hr
gal
V
hora
gal
V Com
Comb /
38
,
247
1
min
60
min
/
123
.
4 




6. AHORA BIEN, VAMOS A TOMARNOS EL TIEMPO DE LEER EL SIGUIENTE EJERCICIO,
CONSIDERAR LOS DATOS E INTERRROGANTES… UNA VEZ QUE YA LO ENTENDAMOS
(PORQUE SÓLO SEGUIMOS APLICANDO CONOCIMIENTOS YA ADQUIRIDOS
ANTERIORMENTE), TRATEMOS DE BUSCARLE LA SOLUCIÓN.
ES SÚPER SENCILLO, INTENTALO!
3.- El análisis de un gas es: CO2 5%; CO 40%; H2 36%; CH4 4% y N2 15%. Este gas se
quema con 60% de exceso de aire; la combustión es completa. El gas y el aire entran a
60 ºF, y los gases de chimenea descargan a 500 ºF. Calcular:
(a) Análisis de Gas de chimenea seco.
(b) Pies cúbicos de aire por pie cúbico de gas.
(c) Pies cúbicos de gas de chimenea húmedo por pie cúbico de gas.