-
El vapor de agua contenido en el aire vara ampliamente con la
tempe- ratura y con el porcentaje de saturacin. El aire saturado a
21,l OC contiene 2,46 % de humedad en volumen. El aire a 21,l 00 y
50 % de saturacin tiene 0,5 x 2,46 = 1,23 % de humedad, lo cual
indica que la humedad en vo- lumen est, en razn directa al
porcentaje de saturacin. La satiiracin a 100 OC seala el 100 O/! de
vapor de agua. La cantidad de vapor de agua exis- tente en el aire
puede calcularse con bastante exactitud a partir de la gr- fica
psicromtrica, si se conocen las t,emperaturas de los bulbos hmedo y
seco. En el funcionamiento de los hogares las prdidas debidas a l a
humedad se calculan como un sumando del balance trmico (prr.
111).
La relacin molar entre el nitrgeno y oxgeno del aire es la misma
que su relacin volumtrica, debido a que ambos son gases y se
encuentran a la misma temperatura; por lo tanto, se tendr
C O M B U S T I B L E S Y C O M B U S T I d N
Por lo tanto, el aire requerido ser (8 4- 26,5)/1 = 34,5 kg por
kg de hidr6geno
l La combustin del azufre en el aire da S + 0, + 3,76N2 + SO, +
3,76N, 1 + 1 + 3,78 + 1 + 3,76 en moles
1 32 + 32 + 3,76(28,2) + 64 + 3,76 (28,2) en peso
Dividiendo por 32, 1 + 1 $- 3,30 + 2 + 3,32 en peso
Combustible Aire Produrtos
Por lo tanto, el aire requerido por kg de azufre ser8
moles N, 79% --
moles O, 21 0/ = 3v7C> ' (1 + 3,32)/1 = 4,32 kg 1158)
(149) , Como eiemplo de combustin de hidrocarburds consideremos
el caso de
La relacin anterior pone de manifiesto que por cada m01 de
oxgeno presente en el aire existen 3,76 moles de nitrgeno. Por
consiguiente, en un motor de combustin interna, por cada volumen de
oxgeno que pasa a travs del filtro de aire, carburador, vlvulas de
admisin y cilindro entran 3,76 volmenes de nitrgeno.
La combustin del carbono en el aire viene representada por la
siguiente relacin:
C + 0, + 3,76N, + CO, + 3,76N, (150) 1 + 1 + 3,76 1
+3,7Gonmoles
12 + 32 4- 3,76(28,2) + 44 + 3,76(28,2) en peso
Dividiendo por 12, 1 + 2,667 + 8,84 + 3,667 +- 8,84 en peso
Combustible Aire productos
Por lo tanto, el aire requerido ser (2,667 + 8,84)/1 = 11,s kg
por kg de carbono (152)
La combw.stin del hidrgeno en el aire viene representada por la
siguiente relacin:
213, + 0, + 3,76N2 + 2 H 2 0 + 3,76 N, (153) 2 + 1 + 3,76 + 2 +
3,76 on moles
2(2) + 32 + 3,76(28,2) -+ 7(18) + 3,76(28,2) en peso Dividiendo
por 4,
1 + 8 + 26,5 + 9 + 26,5 en peso Coinbustible Aire Productos
" -
l a gasolina tpica (C,H,,) C,H,, + (12 .5 )0 , + 12,5(3,76N,) +
8C0, + SH,O t 13,5(3,76N,) (159)
1 + 12,5 + 47 + 8 + 9 + 47 en moles 114 + 400 + 1325 + 352 + 162
+ 1325 en peso
Dividiendo por 114 1 + 3,51 -1- 11,62 4 3,09 + 1,42 + 1 l ,62 en
peso (1 60)
Combustible Aire Produrtos
As, pues, para la combustin de cada kilogramo de esta gasolina
se nece- sitan (3,51 + 11,62)11 o 15,13 kg de aire estando ste
constituido por 3,51 kg de oxgeno y 11,62 kg de nitrgeno. La
reZacin aire/combustible es, por consi- guiente, 15,13 a 1. y la
relucin combustible/aire es de 1 a 15,13, O sea 0,066. Estas
expresiones se utilizan mucho para indicar la riqueza o la pobreza
de una mezcla de combustibles y aire. La expresin 159 represent:~
una mezcla perfecta, quimicamente correcta o ideal. Las
proporciones qumicamente co- rrectas no producen la combustin
completa, pues por la ley de la proba- bilidad no es posible que
cada una de las extraordinariamente numerosas molculas que componen
el combustible encuentre una molcula de oxgeno para combinarse con
ella. Para lograr l a total oxidacin del combustible es necesario
utilizar una mezcla que tenga un cierto exceso de aire.
Si el aire est en defecto, pueden producirse prdidas importantes
en forma de xido de carbono, hidrgeno libre e hidrocarburos
destilados. E n un hogar el fin que se persigue consiste en emplear
el mnimo de exceso de aire compatible con la combustiGn completa.
La cantidad de aire en exceso necesaria para el funcionamiento del
hogar depende de (1) el tiempo dis-
-
116 L A P R O D U C C I N D E E N E R G f A
ponible antes de que los gases ascendentes alcancen la zona fra
del altar y se enfren por debajo del punto de ignicin; (2) la
temperatura a la cual se encueritra la mezcla; y (3) del grado de
mezclado entre el combustible y el aire. Estos tres factores
principales se resumen frecuentemente en las palabras: ((tiempo,
temperatura y turbulencia)). Si un combustible puede ser fuerte-
mente dispersado y totalmente mezclado con el aire, su combustin
puede lograrse con un pequeo exceso de aire.
Ejemplo. Se quema un fuel-oil tpico, CI6HB2, con la cantidad
correcta de aire. Calcular : (1) la ecuacin de combustin; (2) la
relacin ideal aire/combustible; (3) el porcentaje de COZ. en
voliimen, existente en los gases secos de la chimenea, y (4) el
por- centaje de N,, en volumen, presente en estos mismos gases.
Solucin. (1) CI6H3, + (24)0, + 3,76(24N2) -i 16C02 + 16H20 +
3,76(24Nz)
1 + 24 + 90,24 -i 16 f 16 + 90,24 en moles Combustible Aire
Productos
A - -
-
kg de n.ire -
24(32) + 90,24(28) = 14,68 F kg de combustible 16(12) + 3"l)
(3) Porcentaje de COZ en los gases secos de la chimenea (en
volumen). l6
= 0,1505 es decir 15,05 ' /O COZ 16 + 90,24
(4) % N, = 100 - 15,05 = 84,95 Observese que 15,05 % de CO, en
volumen es el mtximo qiw puede obtenerse y,
por lo tanto, representa combustin perfecta sin exceso de
aire.
Ejemplo. Se quema gasolina tpica, C8H18, con un 20 o/, de exceso
de aire en peso. Calcular (1) la eciiacin de combustin; (2) la
relacin aire/combustible; (3) el o/, CO, en volumen de los gases de
escape secos; (4) kilogramos de vapor de agua formados por
kilogramos de combustible; (5) volumen de los gases de escape secos
por kilogramo de combustible, en el siipuesto de que t = 15,6 OC y
P = 1,0336 kg/cm2 (presin absoluta), p (6) presin parcial del vapor
de agua en los gases de escape.
solucin. Para una relacin correcta aire/combustible, CsHla +
(12,5)OZ + 12,5(3,76Nz) -t 8C02 + 9H20 + 12,5(3,76N2)
Con un 20 0/, de aire en exceso, (1) CaHI8 + 1,2(12,5)0, +
1,2(12,5)3,76N, -t 8C02 + 9H20 -t 1,2(12,5)3,76N, $- (2,510,
Combustible Aire Productos
(3) % C02 en los gases secos, es decir
C O M B U S T I B L E S Y C O M B U S T I N
kg H2O - - 9(2 + 16) = 1,42 kg por kg kg combustible 12(8) +
18
V NBT ( 5 ) PV = NBT o - = - (9 = peso de combustible quemado en
kg) ?nf P x m f
P'H,o PT (6) - = - 9 x 10 336 P'HaO = 8 + 9 + 1,2(12,5)3,76 =
1263,5 kg/m2 (presin absoluta) NH,O NT Obsrvese que en los
productos secos el agua se ha condensado.
92. Aire terico para la combustin. El peso terico de aire
necesario para quemar un kilogramo de combustible cuyo anlisis
qumico, al igual que en un carbn, es conocido viene dado por
en donde 0, H, O y S representan, respectivamente, los pesos de
carbono, hidrgeno, oxgeno y azufre por kilogramo de
combustible.
Se supone que el peso neto de hidrgeno disponible para la
combus- tin es el correspondiente al hidrgeno que no est combinado
con el oxgeno formando agua. El anlisis qumico da la humedad
permanente del carbn como hidrgeno y oxgeno, y supone que todo el
0, est combinado con el H,. La relacin de combinacin del H, al O,
es de 1 a 8 en peso; por lo tanto, el peso neto de H, disponible
para una ulterior oxidacin vendr dado por (H-018).
Ejemplo. Encontrar el peso terico de aire requerido para quemar
1 kg de car- 1 bn del distrito de Clay, Missouri, tabla 111, para
el cual el anlisis elemental expresado
en % en peso resulta ser : S = 2,97; C = 58,62; H, = 4,05; 0, =
7,54; N, = 1,08 y humedad = 15,83.
Solucin. nt,, = 11,5C + 34,5
= 7,94 kg por kg.
Ejemplo. El antlisis de un gas natural da los siguientes
porcentajes en volumen: etano = 9,O; metano = 90,O; anhdrido
carbnico = 0,2, y nitrgeno = 0,8. Calcular el volumen terico de
aire necesario por metro cbico de gas en el supuesto de que el gas
y el aire se encuentran a una t,emperatura de 15,6 O C y una presin
de 760 mm de mercurio.
-
118 L A P R O D U C C l o N D E E N E R G A
Solucin. E n este gas las nicas materias combustibles son el
etano (C,H,I y el metano (CH,).
C2Hs + (3,5)0, -t 3,5!3,76N2) -+ 2C02 + 3Rz0 + 3,6(3,76N2) 1 +
3,5 + 13,16 -t 2 + 3 f 13,lB
Combustible Aire Productos
16,66/1 = ralacin airelcombustible en volmenes o en moles
0,09(16,66) = 1,5 m3 de aire para el C,H,
CH, + (2)0 , + 2(3,76N2) -+ CO, + 2H,O + 2(3,76N,) 1 + 2 f
2(3,76) -t 1 f 2 + 2(3,76)
Combustible Aire Productos
9,5211 = relacin aire/combustible en volmenes o en moles
0,90(9,52) = 8,568 m3 de aire para el CH,
Aire tot,al por rnetro cibico de gas = 1,5 + 8,568 = 10,068
m3.
93. Productos de la combustin. Los gases de escape de los
motores y de los hogares se denominan productos de la combustin. Lo
composicin de estos productos depende del tipo de combustible
utilizado; de la relacin aire/combustible; y de las condiciones en
que se efecta la combustin. Ge- neralmente, contienen anhcirido
carbnico, xido de carbono, oxgeiio, ni- trgeno, carbono libre,
cenizas ligeras, vapor de agua, anhidrido sulfuroso e hidrocarburos
no quemados. La mayora de estos productos son invisibles. E l xido
de carbono presente en los gases de escape puede producir elevadas
perdidas de energa. En general, la aparicin de densos humos
gaseosos es indicio de que se trabaja a baja temperatura O con
insuficiente oxgeno.
94. Anlisis de los productos de escape. Mediante el conocido
aparato de Orsat (prr. 95) puede efectuarse un anlisis de los
productos de escape a partir del cual es posible calcular la
relacin aire/combustible. Tambien puede determinarse el grado de
efectividad de la combustin, y este dato es de vital importancia
para el buen funcionamiento de un hogar o de un motor. Por medio de
un anlisis Orsat de los gases de escape los garajes modernos
ajustan en el carburador la relacin aire/combustible. Por otra
porte, las cen- trales trmicas de vapor registran continuamente,
mediante un Orsat, la con- centracin de CO, en los gases quemados o
de escape, con el fin de controlar la marcha de la operacin. En
todas las instalaciones de combustin externa se trata siempre de
conseguir la mxima concentracin en CO,.
Cuando se necesita una gran exactitud se efecta la medicin real
del caudal de combustible y de aire, pero la medicin de este ltimo
requiere gran habilidad y fesulta costosa. El mtodo ms sencillo
consiste en obtener una muestra de los productos de la combustin y
determinar el porcentaje en volumen de cada gas componente. Debido
a que estos porcentajes se deter- minan en condiciones de presin,
temperatura y saturacin constantes, vo-
C O M B U S T l B L E S Y C O M B U S T I N 119
lmenes iguales de cualquiera de los diversos gases contendrn el
mismo nmero de molculas (ley de Avogadro). Como quiera que el
nitrgeno es inerte, los moles de este gas que aparezcan en los
productos de escape debern figurar tambin en la mezcC de
combustibles y aire. Este nitrgeno sirve para indicar la cantidad
de aire que entra, pues a cada m01 de oxgeno pro- cedente del aire
le acompaan 3,76 moles de nitrgeno. Anlogamente, el carbono que
aparece en los productos de escape constituye un ndice del
contenido (:n combustible.
Al analizar los productos de la combustiu el vapor de agua se
condensa, lica y llega a formar parte del fluido succionante del
Orsat, y por lo tanto no entra en el anlisis. E l anlisis equivale
al efectuado sobre gases secos.
Ejemplo. E l anklisis de ciertos gases de escape da los
siguientes porcentajes en volumen : CO, = 12,1, 0, = 0,3, CO = 3,3,
H , = 1,3, CH4 = 0,3, N, = 82,7. Supo- ~iiendo que el combustible
sea un hidrocarburo de la forma C,HY, (1) encontrar los valo- res
de x e y; ( 2 ) establecer la ecuacin de combustin; y (3)
determinar la relacin aire/ coinbustible.
Solucin.
en donde a = moles de oxgeno (en el aire suministrado) b = moles
(le vapor de agua (en los productos)
3 1 0, = 12,l + 0,3 -t = 14,05 (en los gases secos) 2
(2) Por consiguiente, la ecuacin de combiistin sera:
C1~.,7H35,~+ (22)0, + 82,7N, -+ 12,1CO2 f (0,3)0, f 3,3CO f 1,3H2
=
0,3CH, + 8!2,7N, + 15,9H,O (22 x 32) $- (82,7 x 28,2) (3)
Relacin aire!combust ible = -= 13,5 lrg por kg (15,7 X 12) + (36,6
X 1 )
Aunque x e y han sido determinados, la composicin del
combustible no queda definida en forma decisiva. En realidad puede
involucrarse ms o menos de 1 m01 de combustible de tal modo que x e
y se reduzcan a nmeros enteros al ser multiplicados por una
constante, x(C,H,). La proporcin de
-
120 L A P R O D U C C l o N D E E N E R G i A
hidrgeno a carbono, llamada relacin hidrgenoJcarbono, es ms
importante, pudiendo ahora determinarse como HJC, o
y/x=35,6/15,7=2,26, o escribirse como CH,,,,. Todos los aceites y
gasolinas del Oeste medio de los EE. UU. tienen el valor 2,12 como
caracterstico de su relacin hidrgeno/carbono.
E l anlisis de cualquier gas hay que hacerlo sobre una muestra
tpica. Debc te- nerse gran cuidado al tomar la muestra para que no
resulte diluida con aire. Adems, la muestra debe ser caracterstica
de los gases que se estn produciendo en el momento de efectuar la
recogida. Cuando hay que hacer la toma a elevadas temperaturas no
es con- veniente utilizar para ello tubos metlicos, pues podran ser
oxidados por el oxgeno de los gases sacados y obtener as una indi-
cacin errnea del contenido en oxgeno. Si se han de calentar a;
rojo, los tubos de cuarzo fundido dan mejor resultado que los de
hierro.
95. Aparatos para el anlisis de gases quemados. En la figura 51
se representa un aparato de Orsat tpico. Las partes funda- mentales
del mismo son : la bureta de medi- da A ; el frasco nivelador P; el
filtro de gas
FIG. 51. Aparato Orsat. H y las pipetas de absorcin B, C, D y E,
las cuales se conectan entre s mediante las
llaves I. Cada una de las pipetas de absorcin va provista de un
pequeo nmero de tubos de vidrio, con el fin de exponer una gran
superficie, mojada por los reactivos absorbentes, al gas sometido a
anlisis. La burcta de medida est rodeada de una camisa de agua,
para evitar las variaciones de tempera- tura y densidad del gas. E
l anhdrido carbnico es absorbido en la pipeta B, la cual est
parcialmente llena de potasa custica KOH; en la pipeta C queda
retenido el oxgeno; dicha pipeta contiene una disolucin alcalina de
cido pirogitlico; finalmente, el xido de carbono es absorbido por
una solucin cida de cloruro cuproso contenida en las pipetas D y E.
Estas pipetas deben contener algo de cobre metlico, con el fin de
mantener la solucin activada. Las absorciones deben realizarse en
el orden indicado, obtenindose el nitr- geno por diferencia. Deben
utilizarse reactivos recin preparados, y han de mantenerse
protegidos del aire. Las conexiones existentes entre las divcr- sas
partes del aparato no deben presentar fugas.
96. Peso real del aire de la combustin. En el prrafo 94 se
describe un mtodo de verificar el anlisis de los gases de escape,
el cual es aplicable
C O M B U S T l B L E S Y C O M B U S T I N 121
a gases y aceites, sobre todo si se conoce la frmula qumica. En
otro m- todo, anlisis de los gases de la chimenea, el anlisis
elemental del combusti- ble empleado y los pesos moleculares de los
principales constituyentes de los gases de la chimenea proporcionan
datos para calcular la cantidad real de aire empleado por kilogramo
de combustible. Los porcentajes de COZ, O,, CO y N, de los gases de
la chimenea han de tomarse en volumen: el contenido del combustible
en carbono se tonla en peso.
Si se consideran 100 volmenes molares de gases quemados, o de
escape, los porcentajes del anlisis de dichos gases representan los
volmenes mo- lares de cada constituyente presente. El peso de
nitrgeno es 38 x N,, y el peso de carbono presente en forma de COZ
y CO es 12 (CO, + CO). Por lo tanto el peso de nitrgeno por
kilogramo de carbono ser
28N, 12 (CO, + CO)
Como 1 kg de aire contiene 0,769 kg de nitfgeno? el peso de
aire, m,, por kilogramo de carbono dado por
28N2 m, = 12 (CO, + C O ) x 0,769
En las cenizas y residuo de los combustibles slidos puede haber
carbono no quemado. En tales circunstancias los clculos que llevan
consigo el empleo de los anlisis de los gases quemados o de escape
deben basarse en el car- bono realmente quemado por kilogramo de
combustible. La cantidad real de carbono consumido por kilogramo
viene dado por la expresin,
en donde C, = carbono quemado por kilogramo de combustible, en
kg mt = peso de combustible quemado, en kg Ct = carbono del
combustible segn el anlisis elemenkal, en y/,. m, - peso del
residuo procedente de mt kilogramos de combustible, en kg. C, =
carbono contenido en el residuo, en y/,. Si C, no ha sido
determinado por anlisis, puede encontrarse mediante
la expresin:
en donde A = % de cenizas obtenidas en el anlisis elemental.
Utilizando el producto m& por C:, se tiene
28N, m,Ct - m,C, ".aa = 12 (CO, + CO) x 0,769 m, % 100
-
122 L A P R O D U C C I N D E E N E R G f A
en donde m,, = peso real de aire seco utilizado por kilogramo de
combus- tible quemado, en kg.
Cuando se tiene en cuenta el nitrgeno contenido en el carbn,
debe dividirse su porcentaje por 76,9, deduciendo de m,, el peso de
aire equiva- lente. Esta correccin representa el aire equivalente
al nitrgeno contenido e n los gases quemados de la chimenea
procedentes del nitrgeno del combua- tible.
97. Peso del exceso de aire. El exceso de aire se expresa
generalmente como un porcentaje del requerido tericamente.
en donde E, = porcentaje de aire en exceso. m,, = cantidad real
de aire empleado por kilogramo de combustible, en kg. m,, =
cantidad terica de aire requerido por kilogramo de combustible, en
kg.
El porcentaje de aire en exceso requerido para una buena
combustin puede variar de 10 a 60. Frecuentemente, al quemar
combustibles slidos, los huecos que se originan en el fuego, los
fuegos dbiles, las fuertes corrientes de aire, o bien las fugas de
la caldera y del hogar, pueden hacer que el por- centaje de exceso
de aire sea grande. Los montajes defectuosos de los que- madores de
gas o de aceite pueden permitir el paso de un gran volumen de
exceso de aire a travs del hogar.
98. Peso de gases secos por kilogramo de combustible. Basndose
en idn- ticos razonamientos a los empleados para expresar la
cantidad real de aire empleado por kilogramo de combustible, se
encuentra, para el peso de los gases secos formados por kilogramo
de carbono, la siguiente expresin:
mg = 44C0, + (32)0, + 28(CO + N,) 12(CO, + CO)
Los smbolos CO,, O,, CO y N representan los porcentajes. en
volumen determinados mediante el anlisis de los gases quemados de
la chimenea.
La expresin 167 puede simplificarse del modo siguiente: 44C0, +
(32)0, + 28 [(lo0 - COZ - 0, - N,) + N,]
?ng = 12 (CO, + CO)
E l peso real de gas seco formado por kilogramo de combustible
se enciien- t r a efectuando el producto C, x m,.
4C0, + O, + 700 mlCi - m,C, = [ :j(CO, + CO) 1 [ mf x 100 I
C O M B U S T I B L E S Y C O M B U S T I N 123
Utilizando la frmula 170 es posible obtener el peso real de aire
seco suministrado por kilogramo de combustible quemado. Un clculo
tal implica la deduccin del peso de carbono C, realmente quemado
por kilogramo de combustible del peso de los gases secos, y la
adicin del oxgeno necesario para la combustin del hidrgeno. El
nitrgeno procedente del aire empleado en la combustin del hidrgeno
aparece incluido en el contenido total de nitrgeno de los gases de
la chimenea.
En la frmula 170 se determina C, haciendo uso de la frmula 163,
y H y O son los porcentajes de cada uno de estos elemsntos en el
combustible divididos por 100. Los clculos hechos mediante la
frmula 170 coinciden aproximadamente con los efectuados utilizando
la frmula 165.
PROBLEMAS
1. Una muestra de 7 kg de carbn pesa, despus de ser desecada al
aire, 6,7 kg. Cuando se deseca en la estufa, 1,20 g de la muestra
desecada al aire se reducen a iin peso de 1,17 g. Encontrar el
porcentaje total de humedad de la muestra original.
Solucin : 6,8 %. 2. Un carbn hmedo al ser desecado al aire
pierde un 5 % de su peso original.
Cierta cantidad del carbn desecado al aire se deseca en la
estufa, producindose una prdida del 7 0/, del peso de la substancia
desecada al aire. Cul es la humedad total del carbn original
expresada en tanto por ciento?
3. Expresar el anlisis elemental del carbn bituminoso del
distrito de F r d l i n . Illinois, en los dos casos sigui'entes :
a) muestra seca; b ) sin humedad ni cenizas.
4. Determinar el anlisis inmediato del carbn bituminoso del
distrito de Craw- ford, Kansas, cuando est seco y cuando est sin
humedad ni cenizas.
5. Expresar el anlisis inmediato del carbn de antracita del
distrito de Lacka- wanna, Pennsylvania, en los dos casos siguientes
: seco y sin humedad ni cenizas.
6. Calcular, mediante la frmula de Dulonz, la potencia
calorifica del carbn bituminoso del distrito de Franklin, Illinois,
tal como se recibe y una vez desecado.
Solucin : tal como se recibe : 6 367 kcal por kg; seco, 7 196
lrcal por kg. 7. Calcular, utilizando la frmula de Dulong, la
potencia calorfica del carbn
bituminoso del distrito de Clay, Missouri, una vez desecado y
por kilogramn de com- bustible.
8. Calcular la potencia calorifica del carbn del Oeste de
Virginia cuyo anlisis. expresado en tanto por ciento en peso, es el
siguiente : C = 78,71; H, = 4,45; 0, = 4,33; N, = 1,31; S = 0,68;
humedad = 2,52; cenizas = 8,OO.
9. El anlisis elemental de un carbn, expresado en tanto por
ciento en peso, es el siguiente : C = 70,75; H, = 4,62; 0, = 9,94;
S = 0,54; humedad = 9,72 y cenizas = 4,43. Cuando se queman en un
hogar 19 435 kg de este carbn se recogen 981 kg de ceni- zas y
residuo, de los cuales el 14 resulta ser carbono. El anlisis de los
gases de la
-
chimenea proporciona los siguientes datos expresados en tanto
por ciento en volumen: CO, = 11,O; 0, = 6,O; CO = 0,6. cul es el
porcentaje de exceso de aire utilizado?
Solucin : 64,O %. 10. Se quema un carbn, cuyo anlisis elemental
expresado en tanto por ciento
en peso es el siguiente: C = 68,6; H2 = 6,l; 0, = 8,2; N,= 1,7;
S = 3,l; cenizas = 12,30. Los gases pt.oducidos tienen la siguiente
composicin, expresada en tanto por ciento en volumen : CO, = 13,33;
0,2 = 6,16; CO = 0,O. La temperatura del aire suministrado es de
27O C; la temperatura de los gases que salen del hogar es de 163
OC; los gases de la chimenea tienen un calor especfico cp = 0,25;
el carbono no quemado es 0,02 kg por kg de carbn quemado. Calcular
: (a) el aire terico necemrio en kg por kg; ( b ) la cantidad real
de aire utilizado en kilogramos por kilogramo; y (c) las prdidas de
calor debidas a los gases secos, en kcal por kilogramo de
carbn.
11. Un carbn que contiene 61,7 % de carbono requiere tericamente
10,5 kg de aire por kg para su combustin completa. Durante la
combustin el 2 % del carbono se pierde en el residuo. Encontrar el
porcentaje de aire en exceso empleado si el anlisis del gas de la
chimenea da los siguientes porcentajes en volumen : CO, = 10,l; CO
= 0,O; 0, = 8.3, y N, = 81,6.
12. Un fuel-oil tiene una densidad API de 32 grados a 15,6 C.
Calcular su poten- cia calorifica por litro. Solucin: 9306 kcal por
litro.
13. Calcular la potencia calorfica superior a 25 OC y a una
presin absoluta de 1.033 kg/cm2 de 1 kg de un gas natural cuya
composicin centesimal en volumen es la siguiente : CH, = 94,3; C,H,
= 4,2; COZ = 1,5.
14. Un depsito de grts cuya capacidad es de 675 mS contiene gas
a una presin absoluta de 1,75 kg/cm2 p a una temperatura de 4,4 OC.
La potencia calorfica superior del gas es de 5340 kcal por mS a
15,6 OC y a una presin absoluta de 1,033 kg/cm2. Cal- cular la
potencia cdorfica de este gas por metro cbico de volumen del
depsito.
15. Cuando 1,2 g de carbn desecado al aire se queman en un
cdormetro de bomba de oxgeno la elevacin de temperatura
experimentada por 2000 g de agua es de 3,62 oC, de los cuales 0,19
OC son debidos a la fusin del alambre y a la formacin de Bcido. El
equivalente en agua de las partes metlicas del calormetro es igual
a 450 g. Calcular la potencia calorfica del carbn seco.
16. Un gas natural, medido a una temperatura de 26,7 OC y a una
presin de 127 mm de columna de agus (temperatura, 15,6 oC), se
quema en un calormetro de gas, obtenindose los siguientes datos :
temperatura del agua a la entrada 7 22,85 OC; tem- peratura del
agua a la salida = 33,15 OC; peso de agua utilizada = 5,993 kg; gas
utili- zado = 8,5 litros, y presin baromtrica = 711,2 mm de
mercurio. Calcular la potencia calorfica superior del gas por metro
cbico a 15,6 OC y a una presin absoluta de 1,033 kg/cm2, suponiendo
que todo el vapor de agua formado se condense.
Solucwn: 6 443,6 kcal por m3 17. Calcular el volumen terico de
aire necesario para la combustin con~pleta
de 1 kg de carbn procedente del distrito de Fayette,
Pennsflvmia, cuando la tempe- ratura del aire es de 21,l oC y la
presin baromtrica de 760 mm de mercurio.
18. Determinar el peso terico de aire requerido por kilogramo de
carbn proce- dente del distrito de Franklin, Illinois, para su
combustin.
19. Determinar la relacin aire,/combustible requerida para la
combustin del C,,H,,. Solucin : 13,75 por kg.
C O M B U S T I B L E S Y C O M B U S T I N 125
20. Se quema C,H18 con un 10 % de aire en exceso. Suponiendo que
la combus- tin sea completa, encontrar (a) la relacin
aire/combustible, en kilogramos por kilogra- mo; (b) el % de COZ
medido por un Orsat; (c) el volumen de aire, a una presin abso-
luta de 0,98 kg/cm2 y a una temperatura de 37,8 OC, necesitado por
kilogramo de com- bustible; y (d) el peso de gases secos formados
por kilogramo de aceite.
21. Se quema C,H16 con el peso qumicamente correcto de aire.
Suponiendo que la combustin sea completa, encontrar (a) la ecuacin
de combustin; (b) el tanto pb- ciento de CO, de los gases de escape
secos; (c) la relacin aire/combustible en kilogramos por kilogramo;
(d) los kilogramos de vapor de agua formado por kilogramo de
combus- tible; y (e) la temperatura del punto de roco de los gases
de escape hniedos si la pre- sin atmosfrica es de 1,033 kg/cm2.
22. LO mismo que en el problema 21, pero empleando un 20 % en
peso de exceso de aire.
23. Se quema C,Hl, con un 20 % de aire en defecto. Encontrar (a)
la ecuacin de combustin suponiendo que se quema todo el H,; (b) el
porcentaje de CO, ledo en un Orsat; (c) la relacin aire/combustible
en kilogramos por kilogramo; (d) los kilogra- mos de vapor de agua
formado por kilogramo de combystible quemado; y (e) presin parcial
absoluta, en kg/cm2, del vapor de agua formado si la presin
atmosferica es de 1,033 kg/cm,. Solucin : (b ) 6,49 %; (c) 12,l
kg/kg; (d) 1,44 kg/kg; (e) 0,1715 kg/cma
24. Un fuel-oil constituido por CllH,, se quema utilizando la
relacin airelcom- bustible qumicamente correcta. Encontrar (a) los
kilogramos de humedad formados por kilogramo de combustible; ( b )
la presin parcial absoluta del vapor de agua, en kg/cm2; (c) el
porcentaje de CO, de los gases de la chimenea, ledo en un Orsat, y
(d) el volumen de los gases de la chimenea en metros cbicos por
kilogramo de aceite si la temperatura es de 282 OC y la presin
absoluta 1,033 kg/cm2.
25. El anlisis Orsat de los gases de escape de un motor de
combustin interna da los siguientes porcentajes en volumen : COZ =
12,l; 0, =. 0,3; CO = 3,6; H2 = 1,3; CH, = 0,3; N, = 82,5.
Determinar : (a) La probable ecuacin de combustin; ( b ) la pro-
bable frmula del combustible, y (c) la relacin aire/combustible.
Solucan: (c) = 13,3 kg/kg.
28. Se quema un kilogramo de C,H,, con el 80 % del aire terico,
a una presin absoluta de 1,033 kg/cm2. E n el supuesto de que
nicamente se forme CO,, CO, H,O y N,, encontrar (a) la ecuacin de
combustin; (b) el porcentaje de CO, en volumen, en los productos
secos; y (c) presin parcial (absoluta), en kg/cm2, del COZ en los
produc- tos saponiendo que no se produce condensacin.
27. Mediante un Orsat se obtienen los siguientes porcentajes en
volumen, corres- pondientes a un combustible desconocido quemado en
un motor Diese1 en condiciones de media carga : COZ = 3,5; 0, =
16,O; CO = 0,O; N, = 80,5. Determinar (a) la pro. bable composicin
del combustible; la relacin aire/combustible, kilogramos por kilo-
gramo; y el tanto por ciento de aire en exceso.
