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BalanceSolver

Combustión incompleta de propano: dos reacciones y CO en los gases

Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026

Cuando parte del carbono termina como CO, se plantean dos reacciones con su propio grado de avance. Un punto que confunde mucho: el aire en exceso se sigue calculando sobre la combustión completa, aunque en la realidad se forme algo de CO.

Enunciado

Se queman 100 kmol de propano con 30 % de aire en exceso. Todo el propano reacciona y en los gases hay 10 mol de CO₂ por cada mol de CO. Calcula la composición de los gases.

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Solución paso a paso

1. Diagrama de flujo

FAG Hreactor

2. Datos, unidades y notación

Reacciones:

  • R1: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
  • R2: C3H8 + 3.5 O2 → 3 CO + 4 H2O

Notación:

  • ni,F = cantidad molar del componente i en la corriente F (kmol).
  • nF = Σi ni,F (kmol); mF = Σi Mi ni,F (kg).
  • ξR = grado de avance de la reacción R (kmol). Sale = Entra + Σ νi ξ.

3. Análisis de grados de libertad

SubsistemaVariablesBalancesDatos y relacionesGL
Reactor H11650
Sistema completo1111 ecuaciones0

GL = variables − balances independientes − datos y relaciones. Las variables son los flujos de cada componente en cada corriente, más grados de avance, fracciones de división, Q, W y temperaturas desconocidas. Con GL = 0 el problema está completamente especificado. Se empieza por el subsistema con GL = 0.

4. Ecuaciones planteadas

  1. Dato · F nF = 100 kmol
  2. Dato · A nO2,A = 0.21 nA
  3. Balance · H nC3H8,G = nC3H8,F − ξR1 − ξR2
  4. Balance · H nO2,G = nO2,A − 5 ξR1 − 3.5 ξR2
  5. Balance · H nN2,G = nN2,A
  6. Balance · H nCO2,G = 3 ξR1
  7. Balance · H nCO,G = 3 ξR2
  8. Balance · H nH2O,G = 4 ξR1 + 4 ξR2
  9. Relación nC3H8,F − nC3H8,G = 1 · nC3H8,Fconversión en un paso de C3H8
  10. Relación nO2,A = (1 + 0.3) · (5 nC3H8,F)O2 teórico = 5 nC3H8,F
  11. Relación nCO2,G = 10 · nCO,G

5. Solución paso a paso

  1. De la ecuación (1) ⇒ nC3H8,F = 100 kmol
  2. De la ecuación (9): (100) − nC3H8,G = 1 · (100) ⇒ nC3H8,G = 0 kmol
  3. De la ecuación (10): nO2,A = (1 + 0.3) · (5 (100)) ⇒ nO2,A = 650 kmol
  4. De la ecuación (2): (650) = 0.21 nA ⇒ nN2,A = 2,445.2 kmol
  5. De la ecuación (5): nN2,G = (2,445.2) ⇒ nN2,G = 2,445.2 kmol
  6. Reactor H: 6 ecuaciones simultáneas: ecuaciones (11), (3), (4), (6), (7), (8), resueltas a la vez (Newton-Raphson, 2 iteraciones). ⇒ nCO2,G = 272.73 kmol
    ⇒ nCO,G = 27.273 kmol
    ⇒ ξR1 = 90.909 kmol
    ⇒ ξR2 = 9.0909 kmol
    ⇒ nO2,G = 163.64 kmol
    ⇒ nH2O,G = 400 kmol

6. Resultados

F

ComponentekmolFracción molarkgFracción másica
C3H810014,409.71
Total10014,409.71

A

ComponentekmolFracción molarkgFracción másica
O26500.2120,7990.2329
N22,445.20.7968,5010.7671
Total3,095.2189,3001

G

ComponentekmolFracción molarkgFracción másica
C3H80000
O2163.640.049455,2360.05588
N22,445.20.73968,5010.731
CO2272.730.0824212,0020.1281
CO27.2730.008242763.910.008152
H2O4000.12097,2060.0769
Total3,308.9193,7091
Otras incógnitasValor
ξR190.909 kmol
ξR29.0909 kmol

7. Verificación (entra + genera = sale)

EquipoBalanceEntraGeneraSaleError
Reactor HBalance de C3H8100-1000 ✓ 0 %
Reactor HBalance de O2650-486.36163.64 ✓ 0 %
Reactor HBalance de N22,445.202,445.2 ✓ 8.6 × 10-10 %
Reactor HBalance de CO20272.73272.73 ✓ 0 %
Reactor HBalance de CO027.27327.273 ✓ 0 %
Reactor HBalance de H2O0400400 ✓ 0 %
Reactor HMasa total93,709093,709 ✓ 6.3 × 10-10 %
Reactor HÁtomos de C3000300 ✓ 0 %
Reactor HÁtomos de H8000800 ✓ 0 %
Reactor HÁtomos de O1,30001,300 ✓ 0 %
Reactor HÁtomos de N4,890.504,890.5 ✓ 8.6 × 10-10 %

Tolerancia: error relativo menor a 1 × 10-4 %. Todos los balances cierran.

Claves del problema

Errores comunes

Preguntas frecuentes

¿Por qué se forma CO si hay oxígeno de sobra?

Por mezclado imperfecto, tiempos de residencia cortos o zonas frías de la flama. El problema lo modela con la razón CO₂/CO medida.

¿Cómo se verifica?

Con balances de átomos de C, H, O y N. La calculadora los muestra en la tabla de verificación.

Sigue aprendiendo