N2 Aplicado · Lección 3 de 8 · 30 min

Análisis elemental y poder calorífico: PCS, PCI y de dónde sale la energía

Caracterización fisicoquímica de la biomasa

Equipo docente de biomasa360 · Responsable: Dirección de oferta, calidad y Academia · Revisada el 25 de octubre de 2026 (revisión científica de cálculos y citas)

Al terminar podrás

Interpretar un análisis elemental (C, H, N, S, O por diferencia) y sus normas.
Calcular el PCI seco y el recibido a partir del PCS con la ecuación de ISO 18125.
Estimar el PCS con una fórmula tipo Dulong y explicar por qué falla con la biomasa.

Conviene saber antes

Lección «Humedad y bases de reporte».
Lección «Análisis próximo».

El análisis elemental (o último) mide la masa de carbono, hidrógeno y nitrógeno por combustión instrumental (ISO 16948) y el azufre y el cloro por métodos específicos; el oxígeno casi nunca se mide: se calcula por diferencia (100 − C − H − N − S − ceniza, en base seca). Por eso el oxígeno absorbe todos los errores del análisis.

El poder calorífico superior (PCS) se mide en la bomba calorimétrica (ISO 18125) e incluye el calor que devuelve el agua formada al condensarse. El inferior (PCI) descuenta ese calor: es la energía que aprovecha una caldera cuyos gases salen calientes por la chimenea.

\mathrm{PCI}_{bs} = \mathrm{PCS}_{bs} - 0{,}2122\,H_{bs} - 0{,}0008\,(O_{bs} + N_{bs})

Paso de PCS a PCI en base seca según ISO 18125 (en MJ/kg, con H, O y N en % bs). El término del hidrógeno descuenta el agua formada al quemarlo; el de O y N corrige el paso de volumen a presión constante.

Variables de la ecuación 1
Símbolo	Significado	Unidad
$\mathrm{PCS}_{bs}, \mathrm{PCI}_{bs}$	poderes caloríficos superior e inferior en base seca	MJ/kg
$H_{bs}, O_{bs}, N_{bs}$	hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en base seca	% en masa

Ejemplo resuelto 1

Del PCS medido al PCI recibido

Una cascarilla tiene PCS = 16,00 MJ/kg, H = 5,55 %, O = 37,94 % y N = 0,35 % (base seca) y 10,00 % de humedad (Phyllis2 #2135). Calcula el PCI seco y el recibido, y compáralos con los publicados (14,79 y 13,07 MJ/kg).

Datos del ejemplo 1
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$\mathrm{PCS}_{bs}$	16	MJ/kg	Phyllis2 #2135
$H, O, N$	5,55; 37,94; 0,35	% bs	Phyllis2 #2135
$w$	10	% bh	Phyllis2 #2135

PCI seco con la ecuación de ISO 18125.
$\mathrm{PCI}_{bs} = 16{,}00 - 0{,}2122 \times 5{,}55 - 0{,}0008 \times (37{,}94 + 0{,}35) = 14{,}79\ \mathrm{MJ/kg}$
PCI recibido.
$\mathrm{PCI}_{ar} = 14{,}79 \times 0{,}90 - 2{,}443 \times 0{,}10 = 13{,}07\ \mathrm{MJ/kg}$

Resultado

\mathrm{PCI}_{bs} = 14{,}79;\quad \mathrm{PCI}_{ar} = 13{,}07\ \mathrm{MJ/kg}

Interpretación: Coincide al centésimo con Phyllis2: la base de datos calcula el PCI con esta misma ecuación. Del PCS medido a lo que entra a la caldera se pierde ≈18 %.

\mathrm{PCS} \approx \frac{32{,}76\,C + 141{,}8\left(H - \frac{O}{8}\right)}{100}

Forma tipo Dulong derivada de los calores de combustión del carbono grafito y del hidrógeno (NIST): supone que todo el oxígeno del combustible ya está unido al hidrógeno como agua, de modo que solo el hidrógeno «libre» aporta energía.

Variables de la ecuación 2
Símbolo	Significado	Unidad
$C, H, O$	carbono, hidrógeno y oxígeno en base seca	% en masa
$32{,}76$	393,51 kJ/mol ÷ 12,011 g/mol (C → CO2)	MJ/kg de C
$141{,}8$	285,83 kJ/mol ÷ 2,016 g/mol (H2 → H2O líquida)	MJ/kg de H

Ejemplo resuelto 2

La fórmula de Dulong aplicada a la cascarilla

Estima el PCS de la cascarilla #993 (C 38,83 %, H 4,75 %, O 35,47 %, base seca) con la forma tipo Dulong y compáralo con el medido (15,84 MJ/kg).

Datos del ejemplo 2
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$C, H, O$	38,83; 4,75; 35,47	% bs	Phyllis2 #993 (Miles et al., 1995)
$\mathrm{PCS}_{med}$	15,84	MJ/kg	Phyllis2 #993

Hidrógeno «libre».
$H - \frac{O}{8} = 4{,}75 - \frac{35{,}47}{8} = 0{,}316\ \%$
Suma de aportes.
$\mathrm{PCS} \approx \frac{32{,}76 \times 38{,}83 + 141{,}8 \times 0{,}316}{100} = 13{,}17\ \mathrm{MJ/kg}$
Error relativo.
$\frac{13{,}17 - 15{,}84}{15{,}84} = -16{,}9\ \%$

Resultado

\mathrm{PCS}_{Dulong} \approx 13{,}2\ \mathrm{MJ/kg}\ (-17\ \%)

Interpretación: La fórmula subestima mucho. En todo el conjunto de 34 muestras de Phyllis2 el error medio es -13 %. La hipótesis de Dulong falla porque en la biomasa el oxígeno está en grupos que no «consumen» hidrógeno como agua; por eso se usan correlaciones ajustadas a biomasa (siguiente nivel).

Figura 1PCS frente al contenido de carbono (base seca)

El PCS sube casi en línea recta con el carbono. Las cascarillas forman el grupo de abajo a la izquierda: poco carbono por kilogramo seco porque una quinta parte es ceniza.

Ver los datos en una tabla

Datos de la figura 1: PCS frente al contenido de carbono (base seca)
Muestra	Carbono	PCS
#993 Cascarilla de arroz	38,83	15,84
#2135 Cascarilla de arroz	38,92	16
#990 Paja de trigo	47,55	18,39
#991 Paja de trigo	46,96	18,46
#992 Paja de trigo	44,92	17,94
#994 Paja de arroz	38,24	15,09
#988 Caña común (Arundo donax)	47,06	18,85
#989 Paja de menta	45,22	17,65
#995 Cáscara de pistacho	50,2	19,7
#996 Residuo de nuez	53,65	22,33
#997 Cáscara y residuo de nuez	53,51	22,19
#998 Hueso de ciruela	49,26	20,09
#704 Rastrojo de maíz	46,82	18,1
#2237 Fibra de palma	47,48	19,17
#2932 Raquis de palma	45,53	17,02
#2936 Fibra de palma	46,92	19,61
#2940 Cuesco de palma	46,68	19,78
#444 Paja de arroz	38,91	15,95
#424 Paja de trigo	46,02	18,42
#425 Paja de trigo	46,59	20,75
#426 Paja de trigo	48,28	18,21
#427 Paja de trigo	45,96	18,44
#454 Paja de trigo	48,11	19,08
#455 Paja de trigo	47,82	18,89
#456 Paja de trigo	46,73	18,41
#457 Paja de trigo	46,44	18,27
#1834 Cuesco de palma	53,97	21,35
#416 Bagazo de caña	45,9	18,23
#2876 Cascarilla de arroz	31,44	13,4
#1482 Cascarilla de arroz	38,3	14,89
#1949 Cascarilla de arroz	38,92	15,67
#2116 Cascarilla de arroz	40,96	15,53
#1457 Cascarilla de arroz	40,1	13,38
#2306 Cascarilla de arroz	36,42	14,31

Fuente: TNO, Phyllis2, 34 muestras publicadas (identificadas por su número). Consultado el 2026-10-25.

Figura 2Corte de una bomba calorimétrica dentro de su recipiente de agua con termómetro y agitador

Ejercicios

Cálculo●○○
Un pellet de madera tiene PCS seco 20,14 MJ/kg y PCI seco 18,69 MJ/kg (Phyllis2 #3294). Si su humedad es 6,47 %, ¿cuál es su PCI recibido? ¿Cumple el mínimo ENplus A1 de 16,5 MJ/kg?
Ver la solución
18,69 × (1 − 0,0647) − 2,443 × 0,0647 = 17,32 MJ/kg. Sí cumple (Phyllis2 publica 17,32 MJ/kg).
Cálculo●○○
Calcula cuánto PCI pierde 1 kg seco por cada 1 % de hidrógeno, según ISO 18125.
Ver la solución
0,2122 MJ/kg por cada punto porcentual de H: el agua formada al quemar ese hidrógeno se va como vapor por la chimenea.
Criterio●●○
Un laboratorio entrega C, H, N, S y «O = 45 %» de una cascarilla, sin ceniza. ¿Qué sospechas y qué pides?
Ver la solución
Que el oxígeno se calculó por diferencia sin restar la ceniza, de modo que «O» incluye la ceniza. Pides la ceniza en base seca y el cálculo del O por diferencia con la ceniza restada; sin eso, cualquier relación O/C o correlación de PCS saldrá mal.

Autoevaluación

¿Cómo se suele obtener el oxígeno en el análisis elemental?
1. Se mide directamente
2. Por diferencia
3. Con la bomba calorimétrica
4. Por análisis próximo
Ver la respuesta
Respuesta: B. Por diferencia: 100 − C − H − N − S − ceniza (base seca). Acumula los errores de las demás determinaciones.
¿Por qué el PCI es menor que el PCS?
1. Por la ceniza
2. Porque descuenta el calor de condensación del agua formada y de la humedad
3. Por el nitrógeno
4. Porque se mide a otra temperatura
Ver la respuesta
Respuesta: B. El agua sale como vapor por la chimenea y no devuelve su calor latente.
La fórmula tipo Dulong, aplicada a biomasa, tiende a…
1. Sobrestimar mucho
2. Acertar dentro de 1 %
3. Subestimar mucho
4. No depende del oxígeno
Ver la respuesta
Respuesta: C. En las 34 muestras de Phyllis2 subestima en ≈13 % de media.

Referencias

International Organization for Standardization. (2015). Solid biofuels — Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen (ISO 16948:2015). https://www.iso.org/standard/58004.html
International Organization for Standardization. (2017a). Solid biofuels — Determination of calorific value (ISO 18125:2017). https://www.iso.org/standard/61517.html
TNO. (2026). Phyllis2: Database for the physico-chemical composition of (treated) lignocellulosic biomass, micro- and macroalgae, various feedstocks for biogas production and biochar [Base de datos]. Consultado el 25 de octubre de 2026. https://phyllis.nl/
Linstrom, P. J., & Mallard, W. G. (Eds.). (2026). NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology. Consultado el 25 de octubre de 2026. https://webbook.nist.gov/chemistry/

Para profundizar

Channiwala y Parikh (2002), Fuel. — Presenta la correlación unificada, ajustada con 225 datos y validada con 50 más, para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos, incluida la biomasa.
NIST Chemistry WebBook. — Fuente primaria de entalpías de formación; con ella se derivan los calores de combustión del carbono y del hidrógeno usados en esta lección.

Cómo citar esta lección

APA 7, para tu tesis o tu informe:

Equipo docente de biomasa360. (2026). Análisis elemental y poder calorífico: PCS, PCI y de dónde sale la energía (Versión 2026-10) [Lección del curso «Caracterización fisicoquímica de la biomasa»]. Academia 360, biomasa360. Recuperado el 26 de octubre de 2026, de https://biomasa360.com/academia/caracterizacion-fisicoquimica/analisis-elemental-y-poder-calorifico/

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