REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problemas de combustión

REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problemas de combustión ------------------------------------/// HOJA 1.
P1.- Un combustible que contiene un 80 % de butano y un 20 % de propano, se quema con un 20 % de
exceso del aire teórico necesario. Determinar el volumen de los humos producidos en la combustión de 1
kg de combustible sabiendo que salen a una temperatura de 300 ºC y a una presión de 742 mm de Hg.
P2.- En un horno se quema un carbón con un 20 % de exceso del aire teórico necesario. La combustión
solo se realiza en un 90 %, el aire lleva un 1 % de humedad y los gases de combustión salen a una
temperatura de 30 ºC y a una presión de 700 mm de Hg.
Un análisis de los gases de combustión pone de manifiesto que el 70 % del carbono se quema a CO2 y el 30
% restante a CO. La composición del carbón que se utiliza es:
70 % de C ,
1 % de H2O , 29 % de cenizas
Se sabe que la presión del vapor de agua a 30 ºC es de 15 mm de Hg.
Calcular el volumen de los gases de combustión salientes por cada kilogramo de carbón entrante secos.
P3.- Un horno quema un combustible que contiene 88.8 % de C y 11.2 de H , en peso. Un análisis de los
humos secos producidos da:
CO2 : 11.9 %, CO: 1.6 %, O2 : 4.1 % , N2 :82.4 %
Calcular, por cada kg de combustible, los kg de aire utilizados y el volumen de los humos producidos
sabiendo que salen a una temperatura de 250 ºC y a una presión de 730 mm de Hg.
P4.- Un horno quema carbón cuya composición es:
C = 87 %, H2 = 5 %, O2 = 1 %, S2 = 1 %, N2 = 1 %, Cenizas = 5 %
El análisis de los humos secos producidos da:
CO2 = 14.8 %, SO2 = 0.1 %, O2 = 4.1 % , N2 = 81 %
Calcular el exceso de aire utilizado y el volumen de los humos producidos sabiendo que salen a una
temperatura de 250 ºC y a una presión de 730 mm de Hg en la combustión de una tonelada de carbón.
P5.- Un horno quema 200 kg
h
de coque cuya composición es:
88.6 % de C , 0.5 % de H2O , 10.9 % de cenizas
El horno trabaja con una eficacia del 90 % y se introduce un 30 % de exceso del aire teórico necesario para
quemar todo el carbono del coque. Calcular el volumen de los humos que salen y su composición sabiendo
que el 97 % del carbono pasa a CO2 y el resto a CO. Los humos salen a una temperatura de 300 ºC y a
una presión de 743 mm de Hg. Hallar el volumen de los humos que salen por minuto.
P6.- Un quemador esta alimentado con un gas cuya composición es:
CH4 = 7 %, CO2 = 5 %, CO = 12 %, H2 = 2 % , N2 = 74 %
Este gas se que con un 50 % de exceso del aire teórico necesario. Si el quemador consume 10 m3/minuto
en condiciones normales, calcular el volumen de los humos producidos sabiendo que salen a una
temperatura de 250 ºC y a una presión de 740 mm de Hg.
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P7.- En un horno se pretende utilizar gas metano puro como combustible utilizando un exceso de aire de
combustión del 10 %. Se dispone de los siguientes datos:
Calores de formación ∆H 0 (J/mol): CO2(g)= -393520; H2O(g) = -241820; CH4(g) = -74850
Temperatura ambiente TR = 15 °C; Temperatura de humos a chimenea TCHIMENEA = 160º C
Calor específico de humos (promedio) c p
= 1.015 kJ/kg. K. Se desprecia humedad del aire
Se desea saber:
(i).- Poder calorífico del gas metano en kJ/kg
(ii).- Temperatura máxima que alcanzarán los humos (T adiabática de llama)
(iii).- Consumo de combustible y de aire en kg/s para un aporte de calor de 104 kJ/s
(iv).- Rendimiento calorífico de la instalación
P8.- En un proceso de combustión se quema gas acetileno con un exceso de aire del 30 %. Los gases entran
al combustor a 25 °C y los humos salen a chimenea a 140 °C. Las pérdidas totales en el hogar (inquemados
+ otras) se estiman en 75 MJ/kmol C2H2.
Determinar PCI y PCS del acetileno, temperatura de los gases de combustión y rendimiento de la
instalación.
DATOS: Considerar que el aire de combustión esta seco (despreciar humedad del aire)
Calor específico de humos (promedio) c p
= 1.015 kJ/kg. K
P9.- Calcular la temperatura teórica de la llama producida al quemar metano con un 20 % de exceso de aire.
S.- 1780 K
P10.-Un gas combustible a una temperatura de 25 ºC cuya composición molar es: CH4 = 62.00 %,
N2
= 38.00 %, se quema con la cantidad de aire requerida teóricamente que entra en el reactor a 25 ºC.
Calcule la temperatura adiabática de llama (tener en cuenta la vaporización del agua).
Datos:
∆ Hfº (CH4) = -74.81 kJ/mol ,
∆ Hfº (O2) = 0 kJ/mol ,
∆ Hfº (CO2) = -393.5 kJ/mol
∆ Hfº (H2O(l)) = -285.8 kJ/mol
,
∆ Hvap (H2O) = 40.58 kJ/mol a 100ºC
Cp (N2) = 29.12·10-3 kJ/molK ,Cp (CO2) = 37.11·10-3 kJ/molK
, Cp (H2O (l)) = 75.29·10-3 kJ/molK
-3
Cp (H2O (g)) = 33.57·10 kJ/molK
Composición molar del aire : 20.00 % O2 , 80 % de N2