,,,

1. COMBUSTIÓN
Ana Buelvas Hernández, ME, MsC, PhD(c).

2. EVALUACIÓN MOLAR DE LA
COMBUSTIÓN (ANALÍTICA)
(Cálculo Cantidad de aire requerida)

3. MÉTODO DE LAS MOLES :
Para 1 kmol de un hidrocarburo dado CxHy y un número de kmoles desconocido de aire, la relación
estequiometrica puede ser expresada como:
  2
2
2
2
2 76
3 dN
O
cH
bCO
N
O
a
H
C y
x 



 .
Los coeficientes a, b, c y d reciben el nombre de coeficientes estequiométricos de las distintas
especies que anteceden.
Fuel Aire Teórico Combustión completa
x= número de carbonos
y= número de hidrógeno

4.   2
2
2
2
2 76
3 dN
O
cH
bCO
N
O
a
H
C y
x 



 .
y
x
a 4
1


x
b 
y
c 2
1
 a
d 76
3.

 
76
3
1 .

a
aire

de modo que
,
,
El numero mínimo de moles de aire requerida para quemar mol de combustible será
Esta cantidad de aire es igual
a 100% de aire teórico.
b
x 
c
y 2

c
b
a 2
1


d
a 
76
3.
Balance de C:
Balance de H:
Balance de O2:
Balance de N2:

5. ,
,
Cuando no se emplea exactamente la cantidad haire en un proceso determinado se habla del porcentaje
teórico de aire realmente utilizado (por exceso o por defecto) .
Terminología relativa a la cantidad haire :
La cantidad estequimetrica es el 100% de la demanda teórica.
El porcentaje de oxigeno (o de aire) teórico cuando se emplea por defecto, esta entre el 0 y el 100%
Un exceso de oxigeno (o de aire) significa que se a utilizado un valor superior al valor teórico del 100%.
 Ejemplo: Un 300% de aire teórico significa que se ha suministrado el triple del aire necesario para
conseguir la combustión completa..

6. Terminología Relativa a la Cantidad de aire y combustible utilizadas en los Procesos:
Relación Aire Combustible (en masa o en volumen).
Relación Combustible Aire (en masa o en volumen).
Relación Aire Combustible Relativa.
Relación Aire Combustible Equivalente.

7. Terminología Relativa a la Cantidad de aire y combustible utilizadas en los Procesos:
Relación Aire Combustible (en masa )
f
f
a
a
f
a
m
M
M
m
m
AFR




AFRm relaciónairecombustibleenbasemasica
a
m masadeaire
f
m masadecombustible
a
 molesdeaire
f
 molesdecombustible
a
M pesomoleculardelaire
f
M pesomoleculardelcombustible

8. Terminología Relativa a la Cantidad de aire y combustible utilizadas en los Procesos:
Relación Aire Combustible (en volumen )
f
a
f
a
V
V
V
AFR




AFRV relación aire combustible en base molar
a
V volumen de aire
f
V volumen de combustible
f
a
V
m
M
M
AFR
AFR 
Relación entre AFRm Y AFRV :

9. Terminología Relativa a la Cantidad de aire y combustible utilizadas en los Procesos:
Valor AFR vs AFR s Tipo de Mezcla
AFR > AFRs Pobre
AFR = AFRs Estequiometrica
AFR< AFRs Rica
Relación Aire Combustible (continua )

10. Terminología Relativa a la Cantidad de aire y combustible utilizadas en los Procesos:
Relación aire combustible relativa (l )
Valor l Tipo de Mezcla
l > 1 Pobre
l = 1 Estequiometrica
l < 1 Rica
S
AFR
AFR

 AFR relación aire combustible real
AFRS relación aire combustible estequiometrica
Relación el % exceso de aire y l a = % exceso aire = (l-1) 100%

11. Terminología Relativa a la Cantidad de aire y combustible utilizadas en los Procesos:
Relación aire combustible equivalente (f )
Valor f Tipo de Mezcla
f > 1 Rica
f = 1 Estequiometrica
f < 1 Pobre
AFR
AFRs


AFR relación aire combustible real
AFRS relación aire combustible estequiometrica


1

Relación entre f y l

12. EJERCICIO
10 kmol/s de gas natural a 25 °C y 1 atm, con una composición volumétrica de 80% de CH4, 15% C2H6 y 5%
C3H8, se quema con una corriente aire seco a 35 °C y 1 atm. Supóngase la presión total de los gases productos
es 101.35kPa. Determine:
1- La cantidad teórica de aire requerida (kg/s)
2- La relación aire-combustible
3- El flujo másico de los gases (kg/s)
4- Las toneladas de CO2 emitidos al año (ton/año)
5- Sí el aire suministrado en la realidad tiene una relación de humedad relativa del 80%, determine la
temperatura de rocío de los productos de la reacción
6- Estime la temperatura de rocío de los productos sí la humedad relativa varía desde 60% hasta 80%.

13. 𝝎=𝟏𝟔
𝒈 𝑯𝟐 𝑶
𝒌𝒈𝒈𝒂𝒔
→𝝎=𝟏𝟔∗𝟏𝟎
−𝟑 𝒌𝒈 𝑯𝟐 𝑶
𝒌𝒈𝒈𝒂𝒔
𝒏𝑯𝑼𝑴 =𝝎 ∗𝒏𝑨𝑰𝑹𝑺𝑬𝑪𝑶
=
→1.608∗16∗10−3
=0,0256
𝒏𝑨𝑰𝑹𝑺𝑬𝑪𝑶=¿
𝑎 𝞴[𝑂2+3,76 𝑁2]
¿3,5∗1,06[1+3,76]=17,66
¿𝟎,𝟎𝟐𝟓𝟔∗𝟏𝟕,𝟔𝟔=𝟎,𝟒𝟓
𝑇 𝑟𝑜𝑐í 𝑜=𝑇𝑠𝑎𝑡 @ 𝑃𝑆𝑎𝑡 𝐻2𝑂
𝑃𝑆𝑎𝑡 𝐻2 𝑂=𝑓 𝑣 𝐻2 𝑂 ∗𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑓 𝑛 𝐻2 𝑂=
𝑐 +𝒏𝑯𝑼𝑴
𝑏+𝑐 +𝒏𝑯𝑼𝑴+𝑑+𝑒
¿
3+0,45
2+3+0,45+13,95 +0,21
=0,17
¿0,17∗1𝑏𝑎𝑟=0,17𝑏𝑎𝑟
¿𝑇𝑠𝑎𝑡 @0,17𝑏𝑎𝑟=56,5°𝐶

14. EJERCICIO
Se quema 1 kg/min de etano (C2H6) con aire seco, en una proporción de combustible-
aire de 1:17 en masa. Supóngase combustión completa y una presión total de 1 bar.
Determine:
a. La razón de equivalencia
b. El tanto por ciento en volumen de CO2 en los gases producto
c. Sí el aire suministrado en la realidad tiene una relación de humedad de 16 g H2O/kg
aire seco, determine la temperatura de rocío de los productos de la reacción