Combustibles Gaseosos

TECNOLOGÍA DEL CALOR
COMBUSTIÓN
DEFINICIONES BASICAS
Mol: La masa de cualquier sustancia puede expresarse por medio del numero de moles definido
como:
ni [Kgm ol] 
siendo:
mi [Kg.]
PM i [ Kg. Kgm ol]
ni: Numero de moles de la sustancia [gmol, Kgmol, etc. ]
mi : Masa de la sustancia [gr., Kgr., etc]
PMi: Peso molecular de la sustancia [gr./gr mol, Kg/Kgmol, etc]
Fracción molar: Es la relación existente entre el número de moles de la sustancia particular y el
número de moles totales de todas las sustancias que forman la mezcla homogénea que contiene a
la sustancia particular. Se aplica a mezclas gaseosas, por ejemplo: el aire, el gas natural, vapores
multicomponentes, etc..
La fracción molar es equivalente a la fracción volumétrica
yi [Adim .] 
ni [Kgm ol]
nt [Kgm ol]
Se deduce fácilmente la relación entre la fracción molar y la presión parcial por medio de
la ecuación de estado
P V  nt  R  T
(paratodala mezcla)(1)
Recordando que se define a presión parcial pi como la presión que ejercería el
componente si el solo ocupara todo el volumen “Dalton”.
pi V  ni  R  T
(parael componentei) (2)
Dividiendo (2) por (1)
p i  V ni  R  T
p
n

 i  i  yi
P  V nt  R  T
P nt
y i  P  pi
fracciónmolarx presióntotal  presión parcial
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Peso Molecular de una mezcla gaseosa
El peso molecular de una mezcla gaseosa puede calcularse conociendo la fracción
volumétrica o molar de sus componentes, así para el caso del aire seco se puede suponer (a los
efectos de cualquier calculo de ingeniería), que esta formado por Nitrógeno (N2) y Oxígeno (O2)
con la siguiente composición:
% N2 = 79  0,79 VN2/Vaire x 100
% O2 = 21  0,21 VO2/Vaire x 100
que expresada como fracción molar es:
y N2 = 0,79 moles de N2 / moles de aire
y O2 = 0,21 moles de O2 / moles de aire
El peso molecular del aire se podrá calcular como:
PM aire  y N 2  PM N 2  yO2  PMO2
siendo :
PM N2  2  peso atómicodel N 2  2  14,006 28 Kg/Kgmolde N 2
PM O2  2  peso atómicodel O2  2  15,999 32 Kg/Kgmolde O2
PM aire  0,79 28  0,21 32
PM aire  28,85Kg/Kgmolde aire
Para cualquier otro gas se deberá conocer su composición volumétrica para calcular su
peso molecular.
Composición en peso del aire
Si bien no es necesario por el momento su conocimiento, su calculo es el siguiente:
Masa correspondiente a un (1) mol de aire = 28,85 Kg.
Masa correspondiente a un (1) mol de N2 = 28,012 Kg.  para 0,79 moles = 22,13 Kg.
Masa correspondiente a un (1) mol de O2 = 31,998 Kg.  para 0,21 moles = 6,72 Kg.
% N2 p/p = (22,13 / 28,85) x 100 = 77 %
o
0,77 Kg de N2 / Kg de aire
% O2 p/p = (6,72 / 28,85) x 100 = 23 %
o
0,23 Kg de O2 / Kg de aire
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COMBUSTIBLES empleados comúnmente
Estos pueden clasificarse en naturales y artificiales, entre los primeros tenemos a los
combustibles fósiles antracitas, hullas, lignitos, etc; el petróleo y el gas natural. La mayoría de
los combustibles artificiales se producen partiendo de los naturales a través de distintos procesos
de elaboración (coque, briquetas); todos los derivados del petróleo (naftas, kerosén, gas oil, fuel
oil, etc) y finalmente los gases manufacturados (gas licuado de petróleo GLP, gas de alumbrado,
gas pobre, etc).
Según su estado físico en condición ambiente, se han clasificado en sólidos, líquidos y
gaseosos. Dentro de los combustibles sólidos se encuentran muchas clases de carbón, este se
origino a partir de los restos en descomposición de árboles, helechos, arbustos, etc., que
florecieron en lodazales y pantanos enormes hace millones de años, durante periodos
prolongados de clima húmedo y tropical con lluvias abundantes. El precursor del carbón fue la
turba, que se formo mediante la acción bacteriana y química sobre los desechos de plantas, las
acciones subsiguientes del calor, la presión y otros factores convirtieron a la turba en carbón que
por supuesto, no es una sustancia uniforme.
El carbón se clasifica entonces por su poder calorífico, la naturaleza de aglomeración, el
porcentaje de carbono (% C), y el porcentaje de materia volátil, la humedad, las cenizas, el
contenido de azufre, etc., en cuatro clases principales: ANTRACITAS, CARBONES
BITUMINOSOS, SUBBITUMINOSOS y LIGNITOS. Otras propiedades o características
importantes en los carbones es la fusibilidad de las cenizas que pueden fundirse o sinterizarse
sobre la superficie de transferencia y secciones de flujo impidiendo una transferencia eficiente de
calor; el índice de molibilidad, que permite determinar (facilidad para moler el carbón, dureza,
resistencia a la fractura y a la tensión).
Dentro de los combustibles sólidos artificiales, se puede nombrar el coque que es el
material infusible, sólido y celular que queda después de la carbonización del carbón, alquitrán,
residuos de petróleo y varios otros materiales carbonosos. Se identifica agregándole una palabra
para indicar su origen como por ejemplo coque de petróleo, que es una mezcla de hidrocarburos.
El proceso con el cual se obtiene, puede ser resumido por el enunciado de los cambios químicos:
descomposición térmica, la despolimerización, la polimerización y la condensación. Otros
combustibles sólidos pueden ser cortezas, bagazos, residuos, etc..
Los principales combustibles líquidos se hacen mediante la destilación fraccionada del
petróleo crudo, que es una mezcla de hidrocarburos y derivados de ellos, con un peso molecular
que va desde el metano CH4 hasta el betún pesado (brea), pueden contener azufre en grandes
cantidades, nitrógeno, oxigeno, vanadio, níquel o arsénico. Por lo cual el crudo se somete a la
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desulfuración, la hidrogenación, la descomposición térmica (cracking), a un peso molecular más
bajo y otros procesos de refinación antes de mezclarse y venderse como combustibles. Para su
clasificación se utilizan tres parámetros: el intervalo de ebullición (rango de temperaturas), la
densidad expresada en º API, y la viscosidad cinemática.
QUE SON LOS GRADOS API (ºAPI)?
Muchas de las ilustraciones, gráficos y problemas a encontrar se refieren a líquidos derivados del petróleo,
ya que la refinación de este ultimo es de principal importancia para las industrias de generación de energía y las
petroquímicas donde se obtienen derivados de importancia estratégica.
El petróleo es una mezcla de gran variedad de compuestos químicos. Algunos se pueden aislar fácilmente,
pero muy frecuentemente no hay necesidad de obtenerlos ya que el uso de una mezcla de los mismos tiene el mismo
efecto o resultado que la utilización de compuestos puros. Así los aceites lubricantes son una mezcla de compuestos
con alto peso molecular, todos ellos apropiados como lubricantes. Similarmente la gasolina, que en ultima instancia
se quema, estará compuesta de cierto numero de compuestos volátiles combustibles. Todos estos productos estaban
presentes en el petróleo crudo cuando se extrajo de la tierra o se formaron por reacciones subsecuentes y se
separaron por destilación. Cuando se habla de ellos en un proceso o se venden como mezclas, estos productos se
llaman fracciones o cortes. A estos se les dan nombres comunes o se denotan por una operación de la refinería por la
cual se producen, y su gravedad especifica se define por una escala establecida por el American Petroleum Institute,
y se les llama, ya sea grados API o º API. Los º API se relacionan con la gravedad especifica según:
 API 
141,5
 131,5
gr.esp.a 60F/60F
Debido a que las fracciones de petróleo son mezclas de compuestos, no hierven isotermicamente como
sucede con los líquidos puros, sino que tienen rangos de ebullición característicos. A presión atmosférica, la
temperatura menor a la que empieza la ebullición del liquido, se llama punto de ebullición inicial (PEI º F). A
continuación se da una lista de las fracciones más comunes del petróleo crudo.
Fracciones del petróleo crudo
º API (aproximados)
PEI º F (aproximado)
CABEZAS LIGERAS Y GASES
114
GASOLINA
75
200
NAFTA
60
300
KEROSÉN
45
350
ACEITE PARA ABSORCIÓN
40
450
STRAW OÍL
40
500
DESTILADO
35
550
GASOIL
28
600
ACEITE LUBRICANTE
18-30
CRUDO REDUCIDO
PARAFINA
FUEL OÍL
25-30
ASFALTO
Recordar ºC/100 = (ºF-32)/180
ºC = 0,555 x ºF – 17,777
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500
El contenido de hidrogeno en los combustibles de petróleo se correlaciona aproximadamente con la
gravedad especifica y se puede calcular como sigue:
H  26 - 15  gr. esp.a 60F/60F
La anterior posee un error de 1 % para líquidos que no contengan S, H 2O y cenizas.
H = porcentaje de H2
gr. esp. a 60 ºF/60 ºF = gravedad especifica
Otras propiedades importantes a determinar en un combustible líquido son: Punto de
inflamación, poder calorífico, relación viscosidad – temperatura, punto de fluidez, dilatación
térmica, calor especifico y conductividad térmica y consideraciones de seguridad de transporte y
almacenaje.
Entre los combustibles líquidos no derivados del petróleo, se pueden citar combustibles
de alquitrán de carbón, aceites crudos sintéticos por hidrogenación, alcoholes, aceites vegetales,
etc.
Entre los combustibles gaseosos, el gas natural se considera como una mezcla natural de
hidrocarburos y no hidrocarburos asociados con formaciones geológicas petrolíferas, consistente
principalmente en metano (CH4), con cantidades pequeñas de etano (C2H6) y otros hidrocarburos
más pesados y con ciertos constituyentes no combustibles, tales como el dióxido de carbono,
nitrógeno y helio, el gas natural se puede clasificar en húmedo y seco según el contenido en
vapor de gasolina, usándose el termino de “oloroso” o “rancio” para indicar presencia de sulfuro
de hidrogeno (SH2).
Es importante el conocimiento de las propiedades de gas entre las que se encuentran el
poder calorífico, densidad, presión de vapor, calor de vaporización, calor especifico, etc. El gas
natural se puede licuar para obtener GNL, la temperatura critica del metano es de –82,4 ºC y la
presión critica es de 45,8 atmósferas, siendo el calor de vaporización de 122 Kcal/Kg (a 1 atm).
Otro combustible gaseoso es el gas licuado de petróleo GLP, este termino se aplica a
ciertos hidrocarburos específicos que se pueden licuar a presiones moderadas y temperaturas
normales, pero que son gaseosos en condiciones atmosféricas normales. Los principales
constituyentes son: propano, polipropileno, butano, butileno, isobutano, que son hidrocarburos
mas pesados o densos que los constituyentes del gas natural. Si el GLP es obtenido de gas de
refinería tiene cantidades bajas de olefinas (hidrocarburos insaturados). Este gas se utiliza mucho
para servicio domestico y se proporciona en tanques o garrafas, o mediante líneas de tuberías.
Son combustibles limpios apropiados para todos los servicios. Se pueden nombrar también
combustibles como el gas reformado, los gases de aceites, el gas pobre formado por CO, N2,
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pequeñas cantidades de H2 y cierta cantidad de CO2 (poder calorífico bajo) (1130 a 1335
Kcal/Nm3); gas de hornos de fundición, acetileno, hidrogeno, etc.
COMPOSICIÓN DE LOS COMBUSTIBLES MÁS UTILIZADOS COMO FRACCIÓN
EN PESO DE LOS ELEMENTOS CONSTITUYENTES
Combustibles líquidos
Combustible
Gravedad
especifica
º API
Carbono
Hidrogeno
Oxigeno
Nitrógeno
Azufre
Inertes
FpC
FpH
FpO
fpN
FpS
fpI
Gas Oil
0,845
36
0,868
0,1308
0,00025
0,000045
0,0009
0,00001
Fuel Oil Diesel
0,882
30
0,870
0,1170
0,00027
0,0024
0,0077
0,0002
Fuel Oil
0,960
15
0,8726
0,1094
0,0064
0,0028
0,0084
0,0004
Datos extraídos de: “Calderas Marinas” de la Armada Nacional provenientes de Yacimientos Petrolíferos Fiscales,
en el mismo pueden encontrarse las composiciones de los combustibles sólidos más utilizados.
Combustibles Gaseosos
La composición de este tipo de combustibles se obtiene generalmente en forma
volumétrica, por ejemplo, según la información del libro “Química Industrial del Dr. Carlos Gini
Lacorte Ed. El Ateneo, pagina 112 cap IV, la composición del gas natural es la siguiente:
Componente Formula
Kg C /
comp.
Kg comp.
Kg H /
Kg comp.
Fracción
Volumétrica
m3comp./
m3GN
Densidad
Kgcomp./N
m3comp.
Kg C /
m3 G.N
Kg H /
m3 GN
Kg N /
m3 G.N
fpvC
fpvH
fpvN
Metano
CH4
0,7487
0,2513
0,847
0,6790
0,4306
0,1445
0,0000
Etano
C2H6
0,7989
0,2011
0,094
1,2859
0,0965
0,0243
0,0000
Propano
C3H8
0,8171
0,1829
0,030
1,9153
0,0496
0,0105
0,0000
Butano
C4H10
0,8265
0,1735
0,013
2,5335
0,0272
0,0057
0,0000
Nitrógeno
N2
0,0000
0,0000
0,016
1,1914
0,0000
0,0000
0,01906
0,6033
fpvC
0,1850
fpvH
0,01906
fpvN
Gas Natural
Esto se calcula de la siguiente manera: el CH4 cuyo peso molecular es 16,041 Kg/Kgmol
esta compuesto por un átomo de C (carbono), que contribuye con 12,01 Kg y por cuatro átomos
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de H (hidrogeno), que contribuyen con 4,032 Kg, por lo cual las fracciones en peso de sus
componentes en el metano, serán:
12,01 Kg de C/16,041 Kg de CH4 = 0,7487 Kg C/Kg CH4
4,032 Kg de H/16,041 Kg de CH4 = 0,2513 Kg H/Kg CH4
fracción volumétrica m3 comp. / m3 GN x densidad Kg comp./m3 comp. = fracción peso en
volumen del componente
por ejemplo:
0,847 m3 CH4 /m3 GN x 0,6790 Kg CH4 /m3 CH4 = 0,5751 Kg CH4 /m3 GN
por lo cual la cantidad de carbono aportada por el metano al GN es:
(fracción de C aportada por el metano)
0,5751 Kg CH4/m3 GN x 0,7487 Kg C/ Kg CH4 = 0,4306 Kg C/m3 GN
(fracción de H aportada por el metano)
0,5751 Kg CH4/m3 GN x 0,2513 Kg H/ Kg CH4 = 0,1445 Kg H/m3 GN
Sumando todos los aportes correspondientes, se obtiene: la masa total de carbono; de hidrogeno
y de cualquier otro componente, por unidad de volumen de combustible gaseoso.
COMBUSTIÓN
En 1774, Antoine Laurent Lavoisier cayo en cuenta de que la aparente desaparición de
materia en las llamas era mera ilusión, el demostró que a altas temperaturas, un componente
invisible del aire (que más tarde se llamaría oxígeno) reaccionaba químicamente con la materia
(oxidación), proporcionando calor y varios productos de la reacción llamada combustión. Esta
idea todavía sirve para definir un combustible: sustancia que puede participar en una reacción
exotérmica (liberadora de calor), con oxígeno.
En los últimos años este tipo de reacciones han adquirido una significación adicional: la
reserva limitada de combustibles de bajo costo y los efectos perjudiciales que algunos productos
de la combustión inducen en el medio ambiente y la salud humana.
El objetivo que el hombre necesita alcanzar por medio del estudio de los productos
obtenidos y sustancias que aparecen transitoriamente en el proceso de quemado es antiguo y se
refiere a como quemar un combustible de la manera más barata, más eficiente, más completa y
más limpia posible.
Para empezar a comprender este fenómeno estudiaremos a las reacciones de combustión
desde un punto de vista estático, pensando que las reacciones intervinientes en el proceso son
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irreversibles, sin formación de compuestos intermedios y que no son afectadas por factores
externos como la presión, temperatura, etc..
ESTEQUEOMETRIA DE LA COMBUSTIÓN
Para el caso de combustiones producidas en quemadores de hornos y calderas, con
combustibles sólidos, líquidos o gaseosos; los elementos que se oxidan son el Carbono (C), el
Hidrogeno (H) y el Azufre (S). Según la temperatura y el exceso de aire existente en la cámara
de combustión también podría oxidarse el Nitrógeno (N), reacción que no incluiremos en este
estudio.
REACCIONES DE COMBUSTIÓN DEL CARBONO
El carbono puede oxidarse en forma completa
C + O2  CO2 + 97800 Kcal.
1 Kgmol de C + 1 Kgmol de O2  1 Kgmol de CO2
12,011 Kg de C + 31,998 Kg de O2  44,009 Kg de CO2
O sea que para combustionar el carbono en forma completa con una producción de 97800 Kcal
cada 12,011 Kg de C, o 8142,5 Kcal/Kg de C.
Se requieren:
31,998Kg de O2
 2,66 Kg de O2
Kg de C
12,011Kg de C
Produciéndose:
44,009Kg de CO2
 3,66 Kg de CO2
Kg de C
12,011Kg de C
Si la oxidación se produce en forma incompleta
2 C + O2  2 CO + 58560 Kcal.
2 Kgmol de C + 1 Kgmol de O2  2 Kgmol de CO
24,022 Kg de C + 31,998 Kg de O2  56,020 Kg de CO
Se requieren:
31,998Kg de O2
 1,33 Kg de O2
Kg de C
24,022Kg de C
Produciéndose:
56,020Kg de CO
 2,33 Kg de CO
Kg de C
24,022Kg de C
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En este ultimo caso se liberaran 58560 Kcal/24,022 Kg de C
o sea 2437,7 Kcal/Kg de C
2437,7 / 8142, 5 = 0,299 = 30 %
SE LIBERA SOLO EL 30 % DE LA ENERGÍA QUE PODRÍA APORTAR LA REACCIÓN COMPLETA REACCIÓN
DE COMBUSTIÓN DEL HIDRÓGENO
REACCION DE COMBUSTIÓN DEL HIDROGENO
La reacción de combustión del hidrogeno tiene como producto el agua, esta sustancia
puede tomarse como vapor o como líquido afectando la energía liberada por la reacción ya que
en segundo caso dicha energía debe contemplar el calor latente de vaporización
2H2 + O2  2H2O + 115680 Kcal.
2 Kgmol de H2 + 1 Kgmol de O2  2 Kgmol de H2O
4,032 Kg de H + 31,998 Kg de O2  36,030 Kg de H2O
Se requieren:
31,998Kg de O2
 7,936 Kg de O2
Kg de H 2
4,032Kg de H 2
Produciéndose:
36,030Kg de H 2 O
 8,936Kg de H 2 O
Kg de H 2
4,032Kg de H 2
115680Kcal
 28690,5Kcal
Kg de H 2
4,032Kg de H 2
REACCIÓN DE COMBUSTIÓN DEL AZUFRE
Si bien es un compuesto indeseable en todo combustible su presencia en los combustibles
fósiles sobre todo los sólidos y líquidos es una constante.
S + O2  SO2 + 70954 Kcal.
1 Kgmol de S + 1 Kgmol de O2  1 Kgmol de SO2
32,064 Kg de H + 31,998 Kg de O2  64,062 Kg de H2O
Se requieren:
31,998Kg de O2
 0,998Kg de O2
Kg de S
32,064Kg de S
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Produciéndose:
64,062Kg de SO2
 1,998Kg de SO2
Kg de S
32,064Kg de S
70594Kcal
 2213Kcal
Kg de S
32,064Kg de S
NOTA: los números en negrita se denominan constantes estequeométricas
PODER CALORIFICO DE UN COMBUSTIBLE
Se denomina así a la cantidad de calor que se obtiene mediante la combustión completa
de la unidad de masa o volumen de un combustible, quedando los productos de combustión a la
temperatura a que se encontraban inicialmente el combustible y el comburente.
Es decir que el poder calorífico no es otra cosa que el calor de la reacción de combustión
realizada a temperatura constante. Por otra parte, todos los combustibles convencionales
contienen H2O en cierta proporción fpH2O o fpvH2O y además uno de sus elementos
componentes es hidrogeno fpH2 o fpvH2, que al combustionarse originara agua en los productos.
Según las condiciones en las que se realice la combustión, puede ocurrir que todo el agua
que integre los productos de combustión quede como vapor; quede como líquido o quede
parcialmente vaporizada; en cada uno de los casos la cantidad de calor obtenida será diferente y
se tendrán infinitos poderes caloríficos, conjunto que tendrá dos valores extremos a saber:
Poder calorífico superior (Pcs): Corresponde al caso en que toda el H2O producto de la
combustión queda como líquido.
Poder calorífico inferior (Pci): Corresponde al caso en que toda el H2O producto de la
combustión queda como vapor o en fase gaseosa.
La diferencia entre los dos poderes caloríficos superior e inferior, no es otra cosa que el
calor latente de vaporización del agua presente en los productos de la combustión
Pcs - Pci  r   fpH2 O  8,963 fpH2 
En donde:
r: Calor latente de vaporización del agua [Kcal/Kg de H2O] [KJ/Kg de H2O ]
fpH2O: fracción en peso de agua por unidad de masa de combustible. [Kg de H2O/Kg. de
combustible]
fpH2: fracción en peso de hidrogeno por unidad de masa de combustible. [Kg de H/Kg. de
combustible]
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8,963 Kg de H2O/Kg de H: constante estequeométrica
H2 + ½ O 2
H2O
2,016 Kg de H originan 18,015 Kg de H2O
entonces se tiene la relación: 18,015/2,016 Kg de H/Kg de H 2O = 8,963 Kg de H2O/Kg de H
En algunos textos se definen también a los poderes caloríficos divididos en húmedos y
secos, los húmedos consideran al agua que acompaña al combustible (fpH2O en el caso
observado), mientras que los secos no consideran la misma, solo tienen en cuenta la producida
por la reacción.
Discusión de los distintos poderes caloríficos
Extraído de
“Motores de Combustión Interna”
Miguel Lo Presti
Ed. Gustavo Gili
Al considerar los diversos combustibles que se adoptan para crear trabajo en los motores, combustibles que
pueden ser gaseosos o líquidos pero que de todos modos son siempre utilizados en forma gaseosa o pseudo gaseosa,
la primera característica que hay que especificar es la cantidad de calor en calorías, que una unidad de peso o
volumen es capaz de desarrollar cuando se quema completamente en el oxígeno o en el aire.
Esta cantidad o sea el número de calorías que un kilogramo o un metro cúbico de un sistema considerado
produce con su combustión completa se llama poder calorífico.
Es una cantidad bien definida característica para cada combustible y medida perfectamente por medio de
calorímetros.
Como cantidad absoluta, el poder calorífico tiene un valor único, pero en la consideración que de el se hace
al aplicar el combustible en los motores se presentan graves divergencias de interpretación, de las que es preciso
hacer un sereno examen.
Hemos visto que la combustión de un hidrocarburo (y tales son casi siempre los combustibles de los
motores que nos ocupan) da lugar, como productos finales esencialmente a agua y anhídrido carbónico.
El poder calorífico, en el sentido científico antes descrito, comprende naturalmente, todas las calorías
disponibles por el hecho mismo de la combustión. Esto equivale a suponer, como ocurre en los experimentos
necesarios para su determinación, que al terminar la operación los gases se hallan a 0 °C y 760 mm de Hg, o sea el
agua formada en el estado de vapor se condensa.
Si por particulares exigencias de la práctica, esto no ocurre, o sea, si el agua es lanzada a la atmósfera en
estado de vapor (supongamos a 100 °C), las calorías correspondientes a su vaporización se deben considerar como
pérdidas y el poder calorífico a los efectos prácticos disminuido en ellas.
Esto equivale a decir que para un combustible que no contiene hidrógeno su poder calorífico es único, pero
en los hidrocarburos, entre cuyos productos de la combustión figura el agua, aunque su poder calorífico es único
científicamente hablando, a los efectos prácticos debe ser considerado de dos modos distintos, según se tenga en
cuenta o no el calor de condensación.
En física se ha convenido en llamar poder calorífico superior al verdadero, e inferior al obtenido al restarle
las calorías de condensación
Llamando:
Pc  Podercaloríficosuperioro verdadero
pc  Caloriasde condensación
Pc'  Podercaloríficoinferior
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Se tendrá:
Pc'  Pc  pc
Cualquiera sea el organismo motor, cualesquiera sean las formas prácticas que la técnica haya dado al
mecanismo de transformación de calor en trabajo, se comprende que el rendimiento térmico de este organismo debe
ser proporcional a la relación entre el trabajo obtenido en el ciclo (que llamamos “indicado”) y el correspondiente a
las calorías del combustible, que es función de su poder calorífico.
Así pues el rendimiento es una función de una fracción en cuyo numerador figura el trabajo indicado y en
el denominador el poder calorífico o una función de este
En los motores de combustión, los gases quemados provenientes de hidrocarburos abandonan el organismo
motor a temperatura superior a 100 °C, por lo que el agua figura en estado de vapor, y se nos presenta el importante
dilema de si al definir el rendimiento térmico se debe poner en el denominador el poder calorífico superior o
inferior.
La diferencia no es pequeña y alcanza a centenares de calorías, así en el hidrógeno puro los dos poderes
caloríficos son de 34500 y 28819 calorías.
Las opiniones sobre este punto no son acordes ni mucho menos. En realidad es mejor decirlo la discusión
tiene puro valor académico y formal. Se presenta únicamente cuando se quiere asignar a un motor de combustión
dado el valor de rendimiento térmico definido como queda dicho, o sea referido al trabajo indicado. No debemos
olvidar que desde el punto de vista científico, el poder calorífico es uno solo “el superior”, la consideración del
inferior es puramente convencional y sirve para conocer a priori, en los motores, que evacuan agua a la atmósfera
sin previa condensación, cuales son los cambios efectivos con que se puede contar para el desarrollo de trabajo.
En otros términos, en el calculo del motor se parte del poder calorífico inferior por ser el utilizable, la
cuestión cambia de aspecto como ya veremos cuando, considerado más atentamente el fenómeno físico, se aprecie
que el desarrollo de trabajo lo determina no el poder calorífico, sino otra característica del combustible que más
exactamente se relaciona con el valor energético de la mezcla de combustible y aire.
Como hemos dicho al considerar los dos poderes caloríficos, puede cambiar la clasificación de un motor
desde su punto de vista del rendimiento térmico requerido, si se considera uno u otro poder calorífico, o sea si se
considera en el capitulo entradas del motor toda la energía que la unidad de combustible posee como sustancia
dotada de energía potencial, o bien se considera esta energía ya previamente depurada de la cantidad que se sabe
será perdida en la evacuación.
Este ultimo modo de computar el rendimiento térmico es ciertamente favorable al motor de combustión,
desde el punto de vista de la que llamaremos aptitud de aprovechar las energías del combustible. Este razonamiento
fue el adoptado por los autores del motor de combustión cuando, en sus primeros tiempos, inicio la lucha contra la
máquina entonces imperante la de vapor alternativa.
Contra este modo de considerar las cosas indudablemente interesado, surgieron las opiniones de otros
autores que aun ocupándose con cariño del joven motor, quisieron conservarse completamente imparciales en la
apreciación de sus cualidades intrínsecas.
Es interesante citar, con este motivo las observaciones que hace Witz, quien sostiene con toda
imparcialidad, que se debe considerar el poder calorífico superior y no el inferior al determinar el rendimiento
térmico de un motor de gas.
Witz dice que el poder calorífico de un combustible es una cantidad físicamente única y debida a
cualidades internas del mismo, así que el poder calorífico verdadero es el superior es el que se obtiene en las
determinaciones de laboratorio, mientras que para el inferior nosotros aplicamos una corrección.
Considera incorrecto descontar a priori el calor latente de condensación en los motores de combustión
interna, mientras que a las máquinas de vapor se las carga en el pasivo. La comparación es esta forma no puede ser
imparcial y el considerar el poder calorífico inferior es; según Witz, inclinar la balanza de un lado.
Por ultimo rebatiendo la objeción de que los gases de escape salen del motor a una temperatura que no
permite la condensación del vapor de agua, dice que esto es debido a la naturaleza del mismo motor, por lo que este
debe cargar con las consecuencias, como carga con ellas la máquina de vapor de escape libre (sin condensación).
Si el motor fuera capaz, dotándole de condensador y haciendo una compresión isotérmica, de utilizar las
calorías de condensación, podría recobrar lo que pierde por razones de su propias constitución.
Esta discusión es realmente interesante y no hay dudas que las consideraciones de Witz son atinadas. Por lo
demás, ha perdido hoy mucho de su interés, ya que la guerra entre motores de combustión y máquinas de vapor
alternativas a quedado anticuada, no por el progreso de los primeros y su generalización, sino por el golpe que a la
vieja y gloriosa máquina de vapor alternativa le ha dado otro adversario, la turbina de vapor, cuyas condiciones de
superioridad incluso sobre los motores de combustión lleva a los inventores en pensar en la turbina de combustión
interna.
- 12 -
Bien lejos de nosotros la idea de explayarnos en esta discusión descentrada por su poca actualidad, y en
este lugar poco adecuado. Sin embargo, convenientemente ha sido recordarla, más que nada para fijar el concepto de
que para determinar el rendimiento es justo referirse al poder calorífico superior. Pero al calcular de que cantidad de
energía disponemos en el interior del motor, habrá que considerar el poder calorífico inferior.
Sea como fuere, la consideración del poder calorífico de un combustible (cualquiera de los dos), no nos da
un criterio exacto sobre la bondad o capacidad en calorías, ya que el organismo motor introducimos una mezcla de
aire y combustible cuyas características son las únicas que debemos tener en consideración.
Es interesante preguntarse que poder calorífico se deberá utilizar como base de calculo
para establecer el rendimiento térmico de un caldera u horno de proceso. El poder calorífico
inferior presenta la ventaja de reproducir las condiciones de operación que se encuentran en
todos los aparatos de combustión industriales, es decir en la combustión, el agua desprendida
por el combustible y el que acompañaba al mismo, al estado de vapor que descarga por la
chimenea de gases se encuentra a presión atmosférica, por lo tanto la cantidad de calor
transportada por el vapor no es utilizable.
Se observa que como la determinación del rendimiento de una caldera es una operación
térmica, lo lógico será relacionar el calor utilizado al máximo disponible, suponiendo completa
la combustión, sin pérdidas de calor al exterior, tal como se verifica en el obús calorimétrico, en
el cual la combustión se realiza con un rendimiento del  = 100 %
De adoptarse el poder calorífico inferior para los cálculos de balance térmico en el obús
calorimétrico, la combustión tendría un valor   100 %, lo que resulta ilógico.
Como en el balance térmico se considera como limite inferior la del ambiente, y se
calcula la perdida por calor sensible de los gases a partir de la misma, no se justifica se proceda
en forma distinta para el calor latente del vapor de agua contenido en esos mismos gases. El
hecho de que en algunas de las calderas actuales no se pueda utilizar hasta la temperatura
ambiente, el calor del vapor de agua producido al quemarse el combustible, no parece un
argumento suficientemente sólido para que el rendimiento no se refiera al Pcs (se recuerda que
en algunas calderas el calor latente de vaporización se recupera de los gases de combustión).
En contra de la adopción del Pcs se alega que implica una perdida térmica suplementaria
(menor rendimiento de combustión), para las combustiones hidrogenadas, debido al calor latente
de vaporización del vapor de agua formado, perdida que no aparece en las combustiones
constituidas solamente por carbono. Mientras que si se considera el Pci, los rendimientos serian
comparables al eliminarse de antemano esta perdida. Pero según esto, también habría que
considerar que la combustión y la transmisión de calor no varían según la composición elemental
de los mismos, cosa que no es cierta al tener en cuenta las condiciones de quemado.
- 13 -
La utilización del Pcs o Pci será aclarada cuando se calcule el rendimiento térmico de un
horno o una caldera.
Determinación del Poder Calorífico
El poder calorífico de un compuesto químico resulta igual a la suma de los calores de
formación de los componentes (CO2, H2O, SO2, CO), menos el calor de formación del
compuesto cuando este es exotérmico o más cuando este es endotérmico.
El calor de formación de los compuestos es impreciso, por cuanto al descomponer la
molécula de los mismos se requiere una cantidad de calor positiva o negativa, que no siempre
resulta posible de deducir exactamente, por cuanto el calor de combustión de los elementos no es
el mismo que cuando se hallan en combinación, como se encuentran en los combustibles.
Por esta razón tampoco resulta posible deducir exactamente el valor en los combustibles
líquidos y sólidos, valiéndose del análisis elemental y de los poderes caloríficos del carbono,
hidrogeno y azufre. El valor exacto se obtiene únicamente por medio del ensayo del obús
calorimétrico. Sin embargo, como los calores de disgregación de los compuestos, especialmente
de los hidrocarburos, son generalmente muy pequeños en comparación con el poder calorífico,
pueden obtenerse resultados muy aproximados por las fórmulas de combinación:
en  Kcal/Kg.
Pcs = 8100 C + 34400 (H - O/8) + 2250 S (Formula de la American Society of Mechanical Engineers)
Pci = 8100 C + 29000 (H - O/8) + 2250 S - 600 A. (Asociación de Ingenieros Alemanes)
Pci = 8080 C + 29060 (H - O/8) + 2500 S -600 A. (Asociación de vigilancia de calderas)
Pcs = 8150 C + 34000 (H - O/8) + 2165 S
Pci = 8150 C + 28630 (H - O/8)) + 2165 S - 600 A
en BTU/lb
Pcs = 13500 C + 60890 H (Formula de Inchley)
Pcs = 17687 + (57,9 . ºA.P.I.) (Formula utilizada por la U.S. Navy)
Pcs = 1,8 (12400 - 2100 2) (Formula del Bureau of Standars U.S., siendo : peso especifico del petróleo a 60ºC
Pcs= 18650 + 40 . (ºA.P.I. -10) (Formula de Haslam y Russel)
Temperatura adiabática de llama
La temperatura adiabática de llama es la temperatura máxima teórica que podría ser
alcanzada por los productos de combustión de un sistema combustible y aire, especificándose la
no existencia de pérdidas de calor al medio circundante hasta que la combustión sea completa.
Tal temperatura teórica supone también la inexistencia de procesos de disociación de los
productos formados.
- 14 -
El poder calorífico del combustible (Pcs), constituye el factor de mayor peso en la
temperatura de llama, pero también inciden en su aumento los incrementos que pudieran
conseguir en el aire y el combustible (precalentamientos).
Como se prevé la temperatura así definida deberá calcularse por el valor máximo con un
Ea = 0 %, dado que cualquier exceso no estaría involucrado en el proceso de combustión,
"diluyendo" la temperatura de los productos formados.
La temperatura "adiabática de llama", resultara definida a través de la entalpía de los
productos de la combustión.
Pcs  calor sensibledel combustible  calor sensibledel aire  Wgases  Cp gases  Tllama  Tamb 
 Pcs  calor sensibledel com bustible   calor sensibledel aire
Tllama  
  Tamb
W gases  Cp gases


La temperatura adiabática de llama es el valor teórico más alto, las temperaturas de llama
reales son más bajas debido a dos causas principales:
1. La combustión no es instantánea, algo de calor se pierde indefectiblemente al medio
circundante cuando tiene lugar el proceso. Cuanto más rápido ocurra el proceso de
combustión menor será el calor que pueda perderse antes de que la combustión sea completa.
Si la combustión es sumamente lenta los gases pueden enfriarse hasta un punto tal que
corresponda un proceso de combustión incompleta, con parte del combustible sin quemar.
Este punto se relaciona con el factor tiempo de las tres T de la combustión: Temperatura,
Tiempo y Turbulencia.
2. A temperaturas superiores a 1650 ºC, una parte del CO2 y el H2O(V) formada comienzan a
disociarse consumiendo calor. A 1925 º C, alrededor de un 10 % del CO2 del flue gas típico
se disocia a CO y O2 con una absorción de 497 Kcal/Kg de CO formado y cerca del 3 % de
H2O(V) se disocia en H2 y O2, con una absorción de calor de 6971 Kcal/Kg. de H2 formado.
Cuando el flue gas se enfría el CO y el H2 se recombinan con el O2 y liberan el calor
absorbido en la disociación, de modo que el calor no es mermado; pero el efecto total
disminuye la temperatura ideal de llama.
Correctamente deberían estudiarse las reacciones de disociación para obtener las
composiciones alcanzadas en el equilibrio. Se debería suponer una temperatura, calcular las K
- 15 -
correspondientes a cada proceso de descomposición y luego con la masa total de todas las
especies presentes (calcular las entalpías parciales a T), se deberá realizar un balance de calor.
Se puede dar una relación entre la temperatura de llama y el color de la misma
TEMPERATURA
COLOR DE LLAMA
ºC
ºF
530
986
ROJO OSCURO
700
1292
ROJO APAGADO
800
1472
ROJO VIVO OSCURO
900
1652
ROJO VIVO CLAROSCURO
1000
1832
ROJO VIVO CLARO
1100
2012
ANARANJADO
1300
2372
BLANCO
1400
2552
BLANCO BRILLANTE
1600
2912
BLANCO FULGURANTE
- 16 -
ECUACIONES DE MASA Y ENERGIA
Si recordamos las reacciones de combustión de los componentes de un hidrocarburo
como lo son el carbono, el hidrogeno y el azufre:
C+O2 CO2
12 + 32
32/12 Kg. O2/Kg. C
44/12 Kg. CO2/Kg. C
8142,5 Kcal./Kg. C
32/24 Kg. O2/Kg. C
56/24 Kg. CO/Kg. C
2437,7 Kcal./Kg. C
32/4 Kg. O2/Kg. H
36/4 Kg. H2O/Kg. H
28690,5 Kcal./Kg. H
32/32 Kg. O2/Kg. S
64/32 Kg. SO2/Kg. S
2213 Kcal./Kg. S
36
S +O2  SO2
32 + 32
CALOR LIBERADO
CO2, CO, H2O, S2O
56
2H2+O22 H2O
4 + 32
GASES PRODUCIDOS
CO2, CO, H2O, S2O
44
2C+O2 2 CO
24 + 32
OXIGENO NECESARIO
O2T
64
97800 Kcal.
calor liberado por unidad de masa de carbono
en combustión completa
QLCC =
calor liberado por unidad de masa de carbono
en combustión incompleta
QLCI =
= 8142,53 Kcal /Kg de C.
12,011 Kg de C
58560 Kcal.
= 2437,76 Kcal /Kg de C.
24,022 Kg de C
calor liberado por unidad de masa de hidrogeno
inferior
115680 Kcal.
QLHi =
= 28690,48 Kcal /Kg de H.
4,032 Kg de H
superior
36,030 Kg de H2O/ Kg de H
QLHs =
. 600 Kcal/Kg. de H2O + 28690,48 Kcal /Kg de H. =
4,032 Kg de H
QLHs = 34092,27 Kcal/Kg. de H.
70954 Kcal.
calor liberado por unidad de masa de azufre
QLS =
= 2212,88 Kcal /Kg de S.
32,064 Kg de S
Todos los calores liberados son referidos a la temperatura de 0ºC.
- 17 -
COMBUSTIBLES LÍQUIDOS O SÓLIDOS
Mientras que un combustible es expresado por su composición elemental como:
Fracción en peso de carbono:
FPC  Kg de C / Kg de comb. o  Kg de C / Nm3 de comb.
Fracción en peso de hidrogeno:
FPH  Kg de H / Kg. de comb. o  Kg. de H / Nm3 de comb.
Fracción en peso de azufre:
FPS  Kg. de S / Kg. de comb. o  Kg. de S / Nm3 de comb.
Fracción en peso de oxigeno:
FPO  Kg. de O / Kg. de comb. o  Kg. de O / Nm3 de comb.
Fracción en peso de nitrógeno:
FPN  Kg. de N / Kg. de comb. o  Kg. de N / Nm3 de comb.
Si se tiene en cuenta la composición elemental, el poder calorífico superior de un combustible
será:
PCS = FPC  Kg de C / Kg de comb. QLCC  Kcal / Kg de C + FPH  Kg de H / Kg de comb. QLHs  Kcal / Kg
de H + FPS  Kg de S / Kg de comb .QLS  Kcal / Kg de S - FPO  Kg de O / Kg de comb. QLHs/ 8
Por que a la fracción de oxigeno en peso contenida en el combustible, se la tiene en cuenta en el calculo del poder
calorífico como un termino negativo y que aparece multiplicando al calor liberado por el hidrogeno dividido ocho
Cuando un combustible líquido contiene oxigeno, este debe encontrarse necesariamente combinado con otros
constituyentes. Esa parte de combustible oxidada no desarrolla calor ya que el mismo ya se produjo en la oxidación,
por lo tanto será necesario deducir de la parte de combustible, la cantidad requerida para combinare con el oxigeno,
generalmente se efectúa dicho descuento del hidrogeno.
2H2 + O2  2H2O.
4 Kg de H + 32 Kg de O2  36 Kg de H2O
si dividimos por 4
se puede decir que
1 parte de H + 8 partes de O dan 9 partes de H 2O
se combinan para formar agua
fpo/8=fph(combinado)
Una parte 1 de H2 se combina con ocho partes 8 de O2 para dar nueve partes 9 de peso en H2O con lo cual si se
divide por 8 el porcentaje de oxigeno que tiene el combustible, se obtendrá el porcentaje de hidrogeno combinado.
Así el porcentaje de hidrogeno que queda para combinarse es de FPH - FPO/8
Así el poder calorífico superior de un combustible sólido o líquido según su composición
elemental, será:
Pcs = FPC . QLCC + (FPH - FPO/8) QLHs + FPS .QLS  Kcal / Kg de comb 
- 18 -
COMBUSTIBLES GASEOSOS
El poder calorífico superior para combustibles gaseosos, puede calcularse si se tiene la
composición en base volumétrica del mismo, con la siguiente fórmula:
i n
 y  z  Pcs
i
Pcs 
i
i
i 1
i n
 y z
i
i
i 1
siendo:
Pcs = Poder calorífico superior de la mezcla.
Pcsi = Poder calorífico superior del componente i
yi = fracción molar o volumétrica del componente i
zi = factor de compresibilidad del componente i a 1 atm y 60 ºC
Cuadro de datos
SUSTANCIA
FORMULA
PESO
DENSIDAD
FACTOR DE
CALOR DE
MOLECULAR
i
COMPRESIBILIDAD
COMBUSTIÓN
Mi
Kg./Nm3
zi
Pcsi Kcal/Nm3
Metano
CH4
16,041
0,6791
0,9981
8129,89
Etano
C2H5
30,067
1,2862
0,9916
14612,44
Propano
C3H8
44,092
1,9157
0,9820
21237,46
Butano
C4H10
58,118
2,5340
0,9667
24350,45
Nitrógeno
N2
28,016
1,1917
0,9997
0,000
Por ejemplo para el gas natural conocido:
yCH4 = 0,847; yC2H5 = 0,094; yC3H8 = 0,030; yC4H10 = 0,013; yN2 = 0,016
yi . zi . Pcsi = 0,847 . 09981 . 8129,89 + 0,094 . 0,9916 . 14612,44 + 0,030 . 0,9820 . 21237,46 +
0,013 . 0,9667 . 24350,45 = 6872,93 + 1362,03 + 625,65 + 306,01 = 9166,62
yi . zi = 0,847 . 0,9981 + 0,094 . 0,9916 + 0,030 . 0,9820 + 0,013 . 0,9667 = 0,8454 + 0,0932 +
0,0294 + 0,0125 = 0,9805
Pcs 
9166,62Kcal/Nm3
Kcal
 9349
0,9805
Nm 3
- 19 -
EXCESO DE AIRE
La cantidad de aire necesaria para lograr una combustión completa del combustible
inyectado en cualquier cámara de combustión desde el punto de vista estequeométrico, puede
ser calculada, definiendo el termino
Amín = AireT = Cantidad de aire mínimo requerido para la combustión completa (teórico)
Debido a problemas como lo que se verán en dinámica de la combustión, todo quemador
funciona con un cierto exceso de aire con el objeto de desplazar la reacción hacia la derecha y
lograr una combustión completa, con la mayor conversión posible del carbono a dióxido de
carbono.
El exceso de aire se define como: la relación entre el aire sobrante y el aire mínimo
requerido
 A  Amín 
Ea%   real
  100
Amín


siendo: Areal: aire que realmente ingresa en la cámara
Operando con la ecuación anterior podemos obtener
A

Ea%   real  1  100
 Amín 
 1 : OXIDANTE
siendo
Areal
 e  factor de exceso
Amín
= 0 : NEUTRA
 1 : REDUCTORA
De forma que Ea%, puede expresarse como:
Ea%  e  1 100
Como e es una relación másica, de la misma sustancia , se puede conservar dicha relación para
los volúmenes e inclusive para algún componente de dicha sustancia, así:
G aire real V aire real VO2 real
m 3 de O2 que entran
e



G aire mín V aire mín VO2 mín m 3 de O2 requeridos por estequeome tría
- 20 -
Esquematizando un horno cualquiera:
Gases de
combustión
 CO2
 CO
 H2O
 SO2
 O2 (saliente)
O2s
 N2 (saliente)
N2s
Combustible
 C
 H
 S
 O
 H2O
Aire
 O 2 (entrante) O2e
 N 2 (entrante) N2e
 H2O (entrante)
Según el esquema:
m3 de O2 que entran = O2e
m3 de O2 requeridos para la combustión COMPLETA = O2e - O2s (en ausencia de CO)
si se presenta CO
CO + 1/2 O2  CO2, o sea que se necesita 1/2 volumen de O2 por cada volumen de CO y al O2s,
se lo afecta de la siguiente forma: O2s = O2s - 1/2 CO
o sea
m3 de O2 requeridos para la combustión INCOMPLETA = O2e - (O2s - 1/2 CO)
El nitrógeno es el único elemento que se puede considerar estable, por lo que se puede admitir a
los efectos del calculo que:
N2 e = N 2 s
volumetricamente:
O2e = 21/79 N2e = 21/79 N2s
Referiremos todo a las condiciones de salida. Para la combustión completa, en ausencia
de N en el combustible y de CO en los gases de combustión
- 21 -
e
O2 e
21 79  N 2 s


O2 e - O2 s 21 79  N 2 s - O2 s
1
 79  O2 s 

1 - 
21

N
S
2 


1
 %O2 s 

1 - 3,76  
%
N
s
2 

Si se realiza el análisis Orsat o Firyte en los Gases de Combustión se determinara
% CO2
% CO
ANALISIS ORSAT EN BASE SECA
% O2
% H2O
No se determina por condensar en el lavado (los gases son disueltos en soluciones
acuosas y el H2O existente en los gases se condensa
Por lo tanto:
% N2s = 100 - % CO2 - % O2
% O2s = % O2
Con lo cual
e

100 %CO2  %O2
100 %CO2  4,76%O2
e
100  %CO2  %O2
100  %CO2  4,76%O2
1

%O2
1 - 3,76 
 100 %CO2  %O2



para combustión incompleta:
e
O2 e
21 79  N 2 s


O2 e - O2 s  1/2 COs 21 79  N 2 s - O2 s  1/2COs
1
 %O2 s  3,76  %COs 
 

1 - 3,76 
 
%
N
s
2
%
N
s
2 
2 


% N2s = 100 - % CO2s - % COs - % O2s (en el análisis Orsat se determina el % CO en base seca)
e
100 - %CO2 - %CO - %O2
100 - %CO2 - %CO - %O2

100 - %CO2  0,88  %CO - 4,76  %O2
 3,76 
100 - %CO2 - 4,76  %O2  
 1  %CO
 2

e
100 - %CO2 - %CO - %O2
100 - %CO2  0,88 %CO - 4,76  %O2
- 22 -
Ecuación general
Rendimiento de la combustión - Método Indirecto
Se utiliza el método de calculo indirecto para un sistema como el siguiente:
ENERGÍA
CONSUMIDA
(Reactivos)
 Combustible
 Aire
ENERGÍA PERDIDA
(Productos + Reactivos
no transformados)
 Gases calientes
REACTOR
ENERGÍA UTIL
(Calentamiento)
 Vapor de agua
Rendim iento de la com bustión t  
E
Energíaútil
 util
Energíaconsum ida E cons
Como muchas veces es difícil medir la energía útil producida por el reactor (para el ejemplo:
caudal de vapor de agua a determinada presión y temperatura), o el caudal de combustible que se
consume, la estereometría nos permite contar con un método que permite calcular el rendimiento
térmico de la combustión por medición de la concentración de efluentes en chimenea y de la
temperatura de los mismos.
Energíaconsumida Energíaútil  Energía pérdida
E cons Eútil  E pérd
Dividiendo por Econs
E pérd
E cons
E
 útil 
E cons E cons E cons
1  t 
E pérd
E cons
- 23 -
 E pérd 
  1  fracciónde energía pérdidaen los productosde reacción

E
 cons 
 t  1  
Para la determinación de la Fracción de energía pérdida en los productos de reacción,
se debería seguir el siguiente procedimiento:
Con los datos:
Fracción en peso de carbono:
FPC  Kg de C / Kg de comb. o  Kg de C / Nm3 de comb.
Fracción en peso de hidrogeno:
FPH  Kg de H / Kg. de comb. o  Kg. de H / Nm3 de comb.
Fracción en peso de azufre:
FPS  Kg. de S / Kg. de comb. o  Kg. de S / Nm3 de comb.
Fracción en peso de oxigeno:
FPO  Kg. de O / Kg. de comb. o  Kg. de O / Nm3 de comb.
Fracción en peso de nitrógeno:
FPN  Kg. de N / Kg. de comb. o  Kg. de N / Nm3 de comb.
 Calculo del Poder calorífico superior del combustible utilizado
PCS = FPC . QLCC + (FPH - FPO/8) QLHs + FPS .QLS  Kcal / Kg de comb 
variables medidas:
% CO2 medido
% CO medido
ANÁLISIS ORSAT EN BASE SECA
% O2 medido
% H2O
No se determina por condensar en el lavado
tg = temperatura de los gases en base de chimenea
 Determinación del Exceso de aire Ea % y coeficiente de exceso , mediante las
ecuaciones
e 
e 
100  %CO2  %O2
100  %CO2  4,76%O2
100 - %CO2 - %CO - %O2
100 - %CO2  0,88 %CO - 4,76  %O2
o utilización del triángulo de Otswald, correspondiente al combustible utilizado.
- 24 -
 Calculo del grado de conversión del C en CO2
Se define como:
x
%CO2
%CO2  %CO
 Calculo de las masas de productos de reacción
C+O2 CO2
12 + 32
OXIGENO NECESARIO
O2T
GASES PRODUCIDOS
CO2, CO, H2O, S2O
CALOR PRODUCIDO
CO2, CO, H2O, S2O
2,666 Kg. O2/Kg. C
3,666 Kg. CO2/Kg. C
8142,5 Kcal./Kg. C
1,333 Kg. O2/Kg. C
2,333 Kg. CO/Kg. C
2437,7 Kcal./Kg. C
8,000 Kg. O2/Kg. H
9,000 Kg. H2O/Kg. H
28690,5 Kcal./Kg. H
1,000 Kg. O2/Kg. S
2,000 Kg. SO2/Kg. S
2213 Kcal./Kg. S
44
2C+O2 2 CO
24 + 32
56
2H2+O22 H2O
4 + 32
36
S +O2  SO2
32 + 32
64
MO2M  2,666 FPC  8,000 FPH  1,000 FPS 1,000 FPO
MO2' M  1,333.FPC  8,000 FPH 1,000 FPS 1,000 FPO
MO2 s    x MO2M  1  x  MO2' M    MO2M  x  MO2M  1  x  MO2' M
aclaración:
MO2s  O2 que entra :   MO2M  O2 consumido por el CO2 : x  MO2M  O2 consumido por el CO : 1  x  MO'2M
MN 2 s  77
23
   MO2 M
MCO2 s  3,666 FPC  x
MCOs  2,333 FPC  1  x
MSO2 s  2,000 FPS
MH 2 Os  9,000 FPH
- 25 -
 Calculo de la cantidad de calor sensible de los gases a t2 (temperatura de los productos)
con respecto a tamb = t1 (temperatura ambiente)
Por ejemplo para el dióxido de carbono luego de transferir parte de su energía al fluido a
calentar, en el reactor, si su temperatura de salida es de t2 ºc.

hCO2 t 2  PM1

  CO2   CO2  t 2  273   CO2  t 2  2732  t 2
Kcal/Kg. de CO2 
CO2
y luego de transferir todo el calor remanente al ambiente, si su temperatura es de tamb ºc.
hCO2 tamb  PM1


  CO2   CO2  t amb  273   CO2  t amb  2732  t amb
Kcal/Kg. de CO2 
CO2
el cambio entálpico para el dióxido de carbono, será entonces:

hCO2  hCO2
t 2  hCO2 tamb Kcal/Kg.de CO2 
Siendo:
Componente
Formula
Peso



Molecular
Dióxido de carbono
CO2
44,01
6,214
10,396. 10-3
- 3,545. 10-6
Monóxido de carbono
CO
28,01
6,410
1,665. 10-3
- 0,196. 10-6
Dióxido de azufre
SO2
64,06
7,116
9,512. 10-3
3,511. 10-6
Agua
H2O
18,01
7,256
2,298. 10-3
0,283. 10-6
Nitrógeno
N2
28,01
6,524
1,250. 10-3
- 0,001. 10-6
Oxigeno
O2
32,00
6,148
3,102. 10-3
- 0,923. 10-6
Si se hace lo mismo para todos los productos de combustión se obtendrá la cantidad de
calor perdido por los mismos, pero por unidad de masa de combustible consumido
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 Calculo de la cantidad de calor pérdida por los productos de combustión
2
2
2
2
Q pg  MCO 2 s  hCO2 ttamb
 MCOs  hCO ttamb
 MO 2 s  hO2 ttamb
 MN 2 s  h N 2 ttamb


2
100C
 MSO 2 s  hSO2 ttamb
 MH 2 Os  hH 2O ( v ) tt 2100C  rH 2O  hH 2O (l ) ttamb

Es de destacar que la cantidad de calor pérdida por la masa de agua producida, esta
compuesta por tres partes: una parte sensible correspondiente a la fase vapor (presente en mayor
cantidad, hasta los 100 ºC), una parte latente y una parte sensible correspondiente a la fase
líquida presente en mayor cantidad desde los 100ºC hasta la temperatura ambiente).
fracciónde energía pérdida por los productos
Q pg Kcal/Kg.de combustible
Pcs Kcal/Kg.de combustible
 Calculo del rendimiento térmico de la combustión
t
Q
 E pérd 
  1  pg [adim ensional]
 1  

Pcs
 E cons 
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