REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problemas de combustibles. Combustión // HOJA 1.

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1 REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problema de combutible. Combutión // HOJA 1. P1.- Un combutible que contiene un 80 % de butano y un 20 % de propano, e quema con un 20 % de exceo del aire teórico neceario. Determinar el volumen de lo humo producido en la combutión de 1 kg de combutible abiendo que alen a una temperatura de 300 ºC y a una preión de 742 mm de Hg. P2.- En un horno e quema un carbón con un 20 % de exceo del aire teórico neceario. La combutión olo e realiza en un 90 %, el aire lleva un 1 % de humedad y lo gae de combutión alen a una temperatura de 30 ºC y a una preión de 700 mm de Hg. Un análii de lo gae de combutión pone de manifieto que el 70 % del carbono e quema a CO 2 y el 30 % retante a CO. La compoición del carbón que e utiliza e: 70 % de C, 1 % de H 2 O, 29 % de ceniza Se abe que la preión del vapor de agua a 30 ºC e de 15 mm de Hg. Calcular el volumen de lo gae de combutión aliente por cada kilogramo de carbón entrante eco. P3.- Un horno quema un combutible que contiene 88.8 % de C y 11.2 de H, en peo. Un análii de lo humo eco producido da: CO 2 : 11.9 %, CO: 1.6 %, O 2 : 4.1 %, N 2 :82.4 % Calcular, por cada kg de combutible, lo kg de aire utilizado y el volumen de lo humo producido abiendo que alen a una temperatura de 250 ºC y a una preión de 730 mm de Hg. P4.- Un horno quema carbón cuya compoición e: C = 87 %, H 2 = 5 %, O 2 = 1 %, S 2 = 1 %, N 2 = 1 %, Ceniza = 5 % El análii de lo humo eco producido da: CO 2 = 14.8 %, SO 2 = 0.1 %, O 2 = 4.1 %, N 2 = 81 % Calcular el exceo de aire utilizado y el volumen de lo humo producido abiendo que alen a una temperatura de 250 ºC y a una preión de 730 mm de Hg en la combutión de una tonelada de carbón. P5.- Un horno quema 200 kg/hora de coque cuya compoición e: 88.6 % de C, 0.5 % de H 2 O, 10.9 % de ceniza El horno trabaja con una eficacia del 90 % y e introduce un 30 % de exceo del aire teórico neceario para quemar todo el carbono del coque. Calcular el volumen de lo humo que alen y u compoición abiendo que el 97 % del carbono paa a CO 2 y el reto a CO. Lo humo alen a una temperatura de 300 ºC y a una preión de 743 mm de Hg. Hallar el volumen de lo humo que alen por minuto. P6.- Un quemador eta alimentado con un ga cuya compoición e: CH 4 = 7 %, CO 2 = 5 %, CO = 12 %, H 2 = 2 %, N 2 = 74 % Ete ga e que con un 50 % de exceo del aire teórico neceario. Si el quemador conume 10 m 3 /minuto en condicione normale, calcular el volumen de lo humo producido abiendo que alen a una temperatura de 250 ºC y a una preión de 740 mm de Hg.

2 REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problema de combutible. Combutión /// HOJA 2. (EXAMEN JUNIO 2005) P7.- En un horno e pretende utilizar ga metano (CH 4 ) puro como combutible utilizando un exceo de aire de combutión del 10 %. Se dipone de lo iguiente dato: - Calore de formación 0 H (J/mol): CO 2 (g)= ; H 2 O(g) = ; H 2 O(l) = ; CH 4 (g) = Capacidade calorífica a preión contante en kj/kmol.k: C p (CO 2 ) = 40.1, C p (O 2 ) = 30.0, C p (N 2 ) = 29.2, C p (H 2 O) = Temperatura ambiente T A = 15 C. - Temperatura de humo a chimenea T = 160º C CHIMENEA - Calor epecífico de humo (promedio) c p = kj/kg. K. - Peo molecular del aire: 28.9 g/mol, Denidad del aire: kg/m 3 - Se deprecia la humedad del aire Se deea aber: (i).- Poder calorífico uperior e inferior del ga metano en kj/kg (ii).- Temperatura máxima que alcanzarán lo humo (Temperatura adiabática de llama) (iii).- Conumo de combutible en kg/ y de aire en m 3 / para un aporte de calor de 10 4 kj/ (iv).- Rendimiento calorífico de la intalación P8.- En un proceo de combutión e quema ga acetileno con un exceo de aire del 30 %. Lo gae entran al combutor a 25 C y lo humo alen a chimenea a 140 C. La pérdida totale en el hogar (inquemado + otra) e etiman en 75 MJ/kmol C 2 H 2. Determinar PCI y PCS del acetileno, temperatura de lo gae de combutión y rendimiento de la intalación. DATOS: Coniderar que el aire de combutión eta eco (depreciar humedad del aire) Calor epecífico de humo (promedio) c p = kj/kg. K P9.- Calcular la temperatura teórica de la llama producida al quemar metano con un 20 % de exceo de aire. S K P10.-Un ga combutible a una temperatura de 25 ºC cuya compoición molar e: CH4 = %, N2 = %, e quema con la cantidad de aire requerida teóricamente que entra en el reactor a 25 ºC. Calcular la temperatura adiabática de llama (tener en cuenta la vaporización del agua). Dato: Hfº (CH4) = kj/mol, Hfº (O2) = 0 kj/mol, Hfº (CO2) = kj/mol Hfº (H2O(l)) = kj/mol, Hvap (H2O) = kj/mol a 100ºC Cp (N2) = kj/mol.k,cp (CO2) = kj/mol.k, Cp (H2O (l)) = kj/mol.k Cp (H2O (g)) = kj/mol.k Compoición molar del aire : % O 2, 80 % de N 2

3 REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problema de combutible. Combutión /// HOJA 3. P11.- Al uuario de combutible e le preenta con frecuencia la conveniencia de proceder al cambio de un combutible por otro, ea por ecaez o carencia de uno, ea por razone económica (evolución de precio y tarifa). En la aplicacione indutriale, e dice que do gae combutible on intercambiable cuando ambo tienen W : el mimo índice de Wobbe ( ) iendo H el poder calorífico uperior y d la denidad relativa al aire. W = H d En la práctica, uno de lo gae de utitución má empleado, ea como reerva o como aporte complementario en hora punta, e el contituido por mezcla de un hidrocarburo (ga natural, GLP), y aire. Eta mezcla e realiza en proporcione tale que u índice de Wobbe ea igual al del ga a utituir. Se deea preparar con un propano comercial formado por 90 % de propano y 10 % de normal butano, un aire propanado intercambiable con ga natural de ENAGAS de tipo 1 (Indice de Wobbe igual 55.46). Determinar la proporción de propano y aire. Se upondrá que el poder calorifico de una mezcla de gae e calcula mediante: iendo x i la fracción molar (volumétrica) del componente i de la mezcla y y en cuanto a la denidad: d = i x d m i i H = m i i i x H Hi u poder calorifico MJ m 3 ( n) Tabla.- Valore de la denidad relativa, poder calorífico uperior e inferior, factor de compreibilidad, Z y factor de corrección b p a r a gae uuale, como gae ideale, egún ISO-6976.

4 REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problema de combutible. Combutión /// HOJA 4. P12.- (i).- El contenido de humedad de un aire e uele exprear referido a bae eca, y aí e define la humedad aboluta por lo kg de H 2 O por cada kg de aire eco, valor que e imboliza por x. Dada una preión total p y una temperatura T, el aire no puede contener cualquier cantidad de vapor de agua, ino que, alcanzando un valor de aturación, lo valore en exceo correponderán a etado de niebla (agua líquida). Aí, a la temperatura T, el agua tiene una tenión de vapor determinada. p ( T ), que e el valor máximo de la preión parcial del vapor de agua en el aire. Probar que: x p ( T) = p x iendo x la humedad aboluta correpondiente al valor de aturación. (ii).- Si a una temperatura T el aire tiene un contenido de humedad x x ejercerá una preión parcial inferior a p ( T ) que e pone igual a pva = ϕp ( T ), iendo ϕ la humedad relativa del aire. Probar que: p x ϕ= p ( T ) x (iii).- En un proceo de combutión e requiere la aportación de 1250 kg/h de aire. Se dipone de aire atmoférico a 20 y humedad relativa del 80 %. La preión barométrica e de 735 mmhg. Determinar el caudal volumétrico del aire a apirar en el ventilador. P13.- Un ga combutible tiene por compoición molar: H 2 = 10 %, CO = 5 %, CH 4 = 75 %, N 2 = 10 % Calcular u poder calorífico inferior y u índice de Wobbe (referido al uperior). Comparar el cálculo como cao ideal y como cao real. Gae naturale ditribuido por la red nacional de gaoducto. La compoicione e refieren a valore medio, ya q u e p u e d e n t e n e r variacione.

5 REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problema de combutible. Combutión /// HOJA 5. P14.- Un ga etá formado por 90 % de metano, 8 % de etano y 2 % de nitrógeno. Se utilizan 10.5 m 3.N de aire por m 3.N de ga. Determinar el exceo de aire, el volumen de gae húmedo y eco producido y el tanto por ciento de CO 2 y de O 2 en lo gae eco. P15.- Un aceite combutible tiene por análii elemental el iguiente: 85 % de C, 14 % de H y 1 % de S Se quema con 15 m 3.N de aire por kilogramo de combutible. Determinar el exceo de aire, el volumen de producto totale y eco producido y el tanto por ciento de CO 2 en eto último. P16.- Calcular del punto de rocío de lo producto de combutión del ga natural tipo, que utiliza un valor del coeficiente de exceo de aire α = 1.20, uponiendo que éte contiene una humedad de 0,01 kg de agua por kg de aire eco. Tabla.- Parámetro de la combutión de 1 m 3.N de ga natural de la compoición media del ga ditribuido en Epaña de la clae L y de la clae H. Lo valore epecífico del aire y producto de la combutión e dan en m 3.N y en kg para poder eleccionar el método de cálculo que e deee. Al pie de la tabla e han calculado lo coeficiente que permiten calcular el coeficiente de exceo de aire en función del tanto por ciento de CO 2 o de O 2 en lo humo.

6 REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problema de combutible. Combutión /// HOJA 6. P17.- (i).- En un horno que utiliza ga natural de 38,.8 MJ/m 3.N de poder calorífico inferior e miden un conumo de 200 m 3 /h y una temperatura de lo producto de la combutión de 800 C. El análii de lo producto eco da un porcentaje de CO 2 del 9.5 % en volumen. Determinar el ahorro de combutible que puede coneguire i e regula el exceo de aire al 10 %. (ii).- Se propone, ademá de trabajar con un 10 % de exceo de aire, precalentar el aire a 400 C. Se deea calcular el ahorro coneguido con ete precalentamiento. 6

7 REFRACTARIOS Y HORNOS ///// Problema de combutible. Combutión /// HOJA 7. Tabla.- Preión del vapor de agua en función de la temperatura, en etado de aturación, a ditinta temperatura ( C). Valore de la denidad relativa, poder calorífico uperior e inferior, factor de compreibilidad y factor de corrección b para gae uuale, como gae ideale, egún ISO

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