Problemas propuestos

1. Un carbón vegetal tiene el siguiente análisis químico: C = 76%, H=1.2%, N=0.8%, O=0.3%,

S=0.14%, humedad = 4%, cenizas = 17.56%. Calcule el poder calorífico superior e inferior.

2. Se quema carbono puro con oxígeno. El análisis del gas de chimenea es: CO2 = 75%, CO = 14%,

O2 = 11%. ¿Qué porcentaje en exceso de oxígeno se uso?.

3. Un carbón cuyo análisis es 65,4% C; 5,3% H; 0,6% S; 1.1% N; 18,5% O y 9,1% ceniza; se

quema de modo que en la ceniza no queda ningún material combustible. El análisis del gas

chimenea es 13,0% CO2; 0,76% CO; 6,17% O2; 0,87% H2 y 79,20% N2. Todo el azufre se quema

para dar SO2 que está incluido en la cifra de CO2 del análisis del gas (es decir, CO2 + SO2 =

13,0%). Calcular:

a) Los kilogramos de carbón quemados para producir 100 kg de gas de chimenea seco según el

análisis dado.

b) La razón molar entre los gases de combustión y el aire seco suministrado.

c) El total de moles de vapor de agua en el gas de chimenea por cada 199 kg de carbón si el aire

es seco.

d) El porcentaje de aire en exceso.

e) Verificar con la tabla correspondiente del Reglamento en Materia de Contaminación

Atmosférica de la Ley de Medio Ambiente, si la combustión de este carbón cumple con la

normativa para las emisiones de SO2.

4. Carbono en forma de coque libre de hidrógeno se quema:

a) Hasta combustión completa empleando aire teórico

b) Hasta combustión completa empleando 50% de aire en exceso.

c) Con 50% de aire en exceso, pero el 10% del carbono sólo se quema hasta CO

En cada caso, calcule el análisis del gas de chimenea.

Resp. A) 79% N2, 21% CO2 b) CO2 14%; N2 = 79%, O2 = 7%.

5. Treinta kilogramos de carbón (análisis 80% de C y 20% de H, ignorando las cenizas) se queman

con 600 kilogramos de aire para producir un gas cuyo análisis seco muestra que existe una razón

de CO2 a CO de 3 a 2 ¿Qué porcentaje de aire en exceso se utilizo?

6. Una pequeña fundición que fabrica piezas de aluminio en un horno de crisol, utiliza carbón

antracita para el calentamiento del horno. La composición del carbón es: C = 80%; H = 4%;

H2O = 4%, cenizas = 12%. Las cenizas que quedan en el horno luego de la combustión, son el

15% del peso de carbón antracita quemado. Para la combustión, se utiliza un 40% del

requerimiento teórico de aire. Calcular:

a) El volumen de aire teórico en m3N, requerido para quemar un kg de antracita.

b) El volumen de aire real utilizado en la combustión del carbón.

c) El volumen de los gases de combustión, cuando se utiliza solamente el requerimiento teórico

de combustible.

d) El volumen y la composición real de los gases de combustión, cuando se utiliza el exceso de

aire.

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Problemas propuestos

Un carbón vegetal tiene el siguiente análisis químico: C = 76%, H=1.2%, N=0.8%, O=0.3%, S=0.14%, humedad = 4%, cenizas = 17.56%. Calcule el poder calorífico superior e inferior.
Se quema carbono puro con oxígeno. El análisis del gas de chimenea es: CO 2 = 75%, CO = 14%, O 2 = 11%. ¿Qué porcentaje en exceso de oxígeno se uso?.
Un carbón cuyo análisis es 65,4% C; 5,3% H; 0,6% S; 1.1% N; 18,5% O y 9,1% ceniza; se quema de modo que en la ceniza no queda ningún material combustible. El análisis del gas chimenea es 13,0% CO 2 ; 0,76% CO; 6,17% O 2 ; 0,87% H 2 y 79,20% N 2. Todo el azufre se quema para dar SO 2 que está incluido en la cifra de CO 2 del análisis del gas (es decir, CO 2 + SO 2 = 13,0%). Calcular: a) Los kilogramos de carbón quemados para producir 100 kg de gas de chimenea seco según el análisis dado. b) La razón molar entre los gases de combustión y el aire seco suministrado. c) El total de moles de vapor de agua en el gas de chimenea por cada 199 kg de carbón si el aire es seco. d) El porcentaje de aire en exceso. e) Verificar con la tabla correspondiente del Reglamento en Materia de Contaminación Atmosférica de la Ley de Medio Ambiente, si la combustión de este carbón cumple con la normativa para las emisiones de SO 2.
Carbono en forma de coque libre de hidrógeno se quema: a) Hasta combustión completa empleando aire teórico b) Hasta combustión completa empleando 50% de aire en exceso. c) Con 50% de aire en exceso, pero el 10% del carbono sólo se quema hasta CO En cada caso, calcule el análisis del gas de chimenea. Resp. A) 79% N 2 , 21% CO 2 b) CO 2 14%; N 2 = 79%, O 2 = 7%.
Treinta kilogramos de carbón (análisis 80% de C y 20% de H, ignorando las cenizas) se queman con 600 kilogramos de aire para producir un gas cuyo análisis seco muestra que existe una razón de CO 2 a CO de 3 a 2 ¿Qué porcentaje de aire en exceso se utilizo?
Una pequeña fundición que fabrica piezas de aluminio en un horno de crisol, utiliza carbón antracita para el calentamiento del horno. La composición del carbón es: C = 80%; H = 4%; H 2 O = 4%, cenizas = 12%. Las cenizas que quedan en el horno luego de la combustión, son el 15% del peso de carbón antracita quemado. Para la combustión, se utiliza un 40% del requerimiento teórico de aire. Calcular: a) El volumen de aire teórico en m^3 N, requerido para quemar un kg de antracita. b) El volumen de aire real utilizado en la combustión del carbón. c) El volumen de los gases de combustión, cuando se utiliza solamente el requerimiento teórico de combustible. d) El volumen y la composición real de los gases de combustión, cuando se utiliza el exceso de aire.

Una muestra de carbón vegetal tiene la siguiente composición: C = 73,9%; H = 4,8%; O = 8,8%; N = 1,4%; Humedad = 5,4%; cenizas = 5,7%. Cuando este carbón se quema en el horno, las cenizas que quedan contienen 18% de carbono, y los gases de combustión analizan 12% de oxígeno libre, sobre base seca. Calcular: a) El requerimiento teórico de aire, en m^3 N por kg de carbón quemado. b) El volumen de aire usado en las condiciones del horno, y el porcentaje de exceso de aire. c) La composición total de los gases de combustión húmedos.
En el calentamiento de un horno, se utiliza el siguiente carbón, quemándolo con 60% de exceso de aire: C = 74,6%; H = 4,6%; N = 1,3%; O = 8,2%; H 2 O = 5%; cenizas = 6,3%. Las cenizas descargadas del horno de combustión, analizan 20% de carbón. El aire utilizado es húmedo, y contiene 22 gr de vapor de agua por m^3 de aire seco. Calcular: a. Los m^3 de aire seco requeridos teóricamente por kg de carbón, en condiciones normales. b. Los m^3 de aire húmedo requeridos teóricamente por kg de carbón, en condiciones normales. c. El volumen total y la composición de los gases de combustión. d. El poder calorífico superior del carbón. e. El poder calorífico inferior del carbón. f. La composición completa de la ceniza del horno de combustión.
Un horno de crisol para la fusión de aluminio usa carbón de soto como combustible. La composición de este carbón vegetal es la siguiente: C = 85%; H = 1%; H 2 O = 2%; cenizas = 12%. Las cenizas del horno contienen 50% de carbón no quemado. Para la combustión, se utilizaron por kg de carbón vegetal, 12 m^3 N de aire húmedo, conteniendo 20 mm Hg de vapor de agua. La presión barométrica es de 720 mm Hg. Calcular: a. El porcentaje de exceso de aire utilizado. b. El volumen de gases de combustión secos, y el porcentaje de oxígeno libre en ellos. c. Si el análisis de los gases contendría 6% de oxígeno, medido sobre base seca, cual sería el porcentaje de exceso de aire utilizado?.
Un coke tiene el siguiente análisis: C = 89%; H = 1,1%; cenizas = 9,4%. Calcular la temperatura máxima de llama teórica cuando el coque se quema: a. Con la cantidad de aire teórico. b. Con 50% de exceso de aire c. Con 10% de exceso de aire, y el aire está precalentado a 500 °C.
Un carbón bituminoso tiene el siguiente análisis: C = 68%; H = 7%; O = 9%; Humedad = 4%; cenizas = 12%. Este carbón se utiliza para calentar un horno reverbero, y los gases de combustión pasan a través del horno a la temperatura de 1200 ºC. El aire contiene 20 g de humedad por m^3 de aire. En el caso a) el carbón es quemado con 80% de exceso de aire y la cantidad de cenizas obtenidas es el 14% del peso del carbón. En el caso b ) se utiliza solamente 40% de exceso de aire, y las cenizas son un tercio del peso del carbón. Compare entre ambos casos, la pérdida de calor representado por el valor del calor del carbón no quemado y el calor que es perdido por la descarga del horno de los gases de combustión calientes.
Una gasolina con un análisis elemental de 85% de carbón y 15% de hidrógeno tiene un peso específico de 0.72 g/cc. Para la combustión completa de esta gasolina con 10% de aire en exceso determine:

Un gas analiza 70% de CH 4 , 20% de C 4 H 10 y 10% de N 2. Calcular: a) El análisis químico elemental del gas, expresado el mismo como % peso de C, H y N. b) El poder calorífico inferior. Datos: Qi de CH 4 = 38.51 MJ/m^3 N; Qi de C 4 H 10 = 118. MJ/m^3 N. c) Usando como datos los poderes caloríficos inferiores, calcule el poder calorífico superior del metano, del butano y del gas. d) Calcule el índice de Wobbe del combustible gaseoso. d(metano) = 0.5539; d(butano) = 2.0067; d(nitrógeno) = 0.
Un gas de síntesis cuyo análisis es 6,4% de CO 2 , 0,2% de O 2 , 40% CO y 50,8% de H 2 (el resto es N 2 ) se quema con 40% de aire seco en exceso ¿Qué composición tiene el gas de chimenea?
Un gas que contiene sólo CH 4 y N 2 se quema con aire para producir un gas de chimenea con un análisis en base seca de CO 2 = 8,7%; CO = 1,0%; O 2 = 3,8% y N 2 = 86,5%. Calcule el porcentaje de aire en exceso que se utilizó en la combustión y la composición de la mezcla CH 4 – N 2.
Un gas natural que consiste por completo de metano (CH 4 ) se quema con aire enriquecido en oxígeno con una composición de 40% de O 2 y 60% N 2. El análisis del gas de combustión seco del gas producto según el informe de laboratorio de CO 2 = 20,2%; O 2 = 4,1%; N 2 = 75,7%. ¿Puede estar correcto el análisis? Muestre todos los cálculos.
Un gas con la siguiente composición se quema con 50% de exceso de aire en un horno. CH 4 = 60%, C 2 H 6 = 20%; CO = 5%; O 2 = 5%; N 2 = 10%. a) Que composición porcentual tiene el gas de chimenea? b) Cual es módulo de Woobe del gas c) Se producirá una combustión estable?
Se usa un quemador para convertir gases no quemados en gases inocuos como CO 2 y H 2 O. Si un gas con la siguiente composición porcentual pasa por el quemador : CH 4 = 70%; C 3 H 8 = 5%; CO = 15%; O 2 = 5%; N 2 = 5%, y el gas producto de la combustión tiene 7,73% de CO 2 ; 12,35% de H 2 O y el resto es O 2 y N 2 ; ¿Qué porcentaje de aire se uso?, ¿Según su módulo de Woobe, a que familia y clase pertenece el gas de síntesis?. ¿La combustión del gas de síntesis será espontanea?
Se mezcla inicialmente etano con oxígeno para obtener un gas que contiene 80% de C 2 H 6 y 20% O 2 ; que luego se quema en un gasificador con 200% de aire en exceso. El 80% del etano se convierte en CO 2 , el 10% se quema a CO y 10% no se quema. Calcule la composición del gas de salida sobre una base húmeda. Respuesta: C 2 H 6 = 0,21%; O 2 = 14,41%; N 2 = 76,05%; CO 2 = 3,32%; CO=0,41%; H 2 O = 5,60%.
Un gas preparado especialmente con 80% de CH 4 y 20% de N 2 se quema con aire en una caldera. El análisis del gas seco del gas de chimenea producido es: 1,2% de CO 2 ; 4,9% de O 2 y 93,9% de N 2. A fin de reducir la concentración de CO 2 en el gas de chimenea, una buena parte del CO 2 del gas de chimenea se absorbe antes de que los gases de combustión pasen a la chimenea. Suponga que la combustión es completa. Calcule el aire en exceso y la razón entre los moles de los gases que salen por la chimenea y los moles del gas en la alimentación.
Un gas combustible analiza: CH 4 = 20%, C 2 H 6 = 50%; C 3 H 8 = 7%; O 2 = 3%; N 2 = 5%; CO 2 = 8%; CO = 7%, se quema con un exceso de 60% de aire. Calcular: a) La masa molar del gas Resp. 19,12 g/mol

b) La masa molar de los gases de combustión húmedos. Resp. 28,45 g/mol c) La masa molar de los gases de combustión secos. Resp. 29,7 g/mol d) La densidad de los gases de combustión Resp. 1,27 kg/m^3 N e) La densidad relativa de los gases de combustión Resp. 1, f) Relación oxígeno/combustible estequiométrica en mol Resp. 2,505 mol/mol g) Relación oxígeno/combustible real en moles Resp. 4,008 mol/mol h) Relación aire/combustible estequiométrica en molesResp. 11,93 mol/mol i) Relación aire/combustible real en moles Resp. 19,08 mol/mol j) Relación aire/combustible estequiométrica en kg Resp. 11,818 kg/kg k) Relación aire/combustible real en kg Resp. 18,909 kg/kg l) Relación gases húmedos/combustible, en moles Resp. 20,371 mol/mol m) Relación gases húmedos/combustible, en kg Resp. 19,903 kg/kg n) Relación gases secos/combustible, en moles Resp. 18,191 mol/mol o) Relación gases secos/combustible, en kg Resp. 18,555 kg/kg p) Relación gases húmedos/combustible, en kg/m^3 N Resp. 25,873 kg/m^3 N q) Relación gases secos/combustible, en kg/m^3 N Resp. 24,122 kg/m^3 N r) El poder calorífico superior del combustible seco Resp. 51,154 MJ/m^3 N s) El poder calorífico inferior del gas combustible seco Resp. 46,755 MJ/m^3 N t) La composición de los gases de combustión húmedos Resp. CO 2 = 7,66%; H 2 O = 10,7%; O 2 = 7,37%; N 2 = 74,26%. u) La composición de los gases de combustión secos Resp. CO 2 = 8,58%; O 2 = 8,26%; N 2 = 83,16%.

Un gas combustible analiza: CH 4 = 65%, C 2 H 6 = 25%; N 2 = 7%; CO = 3%, se quema con un exceso de aire de 80%. Calcular: a) La masa molar del gas b) La masa molar de los gases de combustión húmedos. c) La masa molar de los gases de combustión secos. d) La densidad de los gases de combustión e) La densidad relativa de los gases de combustión f) Relación oxígeno/combustible estequiométrica en mol g) Relación oxígeno/combustible real en moles h) Relación aire/combustible estequiométrica en moles i) Relación aire/combustible real en moles j) Relación aire/combustible estequiométrica en kg k) Relación aire/combustible real en kg l) Relación gases húmedos/combustible, en moles m) Relación gases húmedos/combustible, en kg n) Relación gases secos/combustible, en moles o) Relación gases secos/combustible, en kg p) Relación gases húmedos/combustible, en kg/m^3 N q) Relación gases secos/combustible, en kg/m^3 N r) El poder calorífico superior del combustible seco s) El poder calorífico inferior del gas combustible seco t) La composición de los gases de combustión húmedos u) La composición de los gases de combustión secos v) El modulo de Woobe w) Los límites superior e inferior de combustión del combustible. x) Se tendrá una combustión estable de este combustible?

Problemas capítulo 3 Felder, Apuntes de Química Aplicada

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