Balances de materia en procesos de combustión

Es conveniente conocer las siguientes definiciones:

  • Gas de combustión: Todos los gases que resultan de un proceso de combustión, incluido el vapor de agua. (base húmeda)
  • Análisis Orset: todos los gases que resultan de un proceso de combustión sin incluir el vapor de agua.
  • Aire teórico: cantidad de aire u oxígeno requerido para lograr la combustión completa. También se conoce como aire u oxígeno requerido.
  • Aire en exceso: cantidad de aire u oxígeno en exceso con respecto al requerido para una combustión completa. \begin{equation} \%aire\ en\ exceso\ =\frac{aire\ en\ exceso}{aire\ requerido}\cdot100 \end{equation} También puede definirse como: \begin{equation} \%aire\ en\ exceso\ =\frac{O_{2}\ que\ entra\ en\ el\ proceso\ - O_{2}\ requerido}{O_{2}\ requerido}\cdot100 \end{equation}

Ejemplo:

Se queman 20 kg de propano con 400 kg de aire para producir 44 kg de $CO_2$ y 12 kg de CO. Calcula el % de aire en exceso.

Planteamos la reacción de combustión:

\begin{equation} C_{3}H_{8}+O_{2}\longrightarrow 3CO_{2}+4H_{2}O \end{equation}

Aunque en el proceso parte del carbono se convierte en CO, el cálculo del aire en exceso supone que todo el carbono se transforma en $CO_{2}$

  • El oxígeno que entre en el proceso: \begin{equation} 400\ kg\ aire \frac{1\ kg-mol\ aire}{29\ kg\ aire}\cdot \frac{21\ kg-mol\ O_{2}}{100\ kg-mol\ aire}=2,90\ kg-mol\ O_{2} \end{equation}
  • El oxígeno requerido en el proceso: \begin{equation} 20\ kg\ C_{3}H_{8}\frac{1\ kg-mol\ C_{3}H_{8}}{44\ kg\ C_{3}H_{8}}\cdot \frac{3\ kg-mol\ O_{2}}{1\ kg-mol\ C_{3}H_{8}}=2,27\ kg-mol\ O_{2} \end{equation}
  • Aplicando la definición de aire en exceso se obtiene: \begin{equation} \%aire\ exceso=\frac{2,90-2,27}{2,27}\cdot 100=28\%\end{equation}