Tema: Entalpia de formación
14. Determine la entalpía de combustión del metano (CH4) a 25 °C y 1 atm, usando los datos de entalpía de formación de la tabla A-26. Suponga que el agua en los productos está en forma líquida. Compare su resultado con el valor listado en la tabla A-27.
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Tema: Entalpia de formación 15. Se quema etano (C2H6) a presión atmosférica con la cantidad estequiométrica de aire como el oxidante. Determine el calor rechazado, en kJ/kmol combustible, cuando los productos y los reactivos están a 25 °C y el agua aparece en los productos como vapor.
16. ¿Cuál es la presión mínima de los productos del problema 15-49 que asegurará que el agua en los productos estará en forma de vapor?
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Tema: Entalpia de formación
17. Calcule el PCS y el PCI del propano líquido (C3H8). Compare sus resultados con los valores de la tabla A-27.
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley 18. Se quema combustible de propano (C3H8) con una relación aire-combustible de 25 en un horno de calentamiento a presión atmosférica. Determine la transferencia térmica por kilogramo de combustible quemado cuando la temperatura de los productos es tal que el agua líquida apenas comienza a formarse en los productos.
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley 19. Se quema gas de n-octano (C8H18) con 100 por ciento de exceso de aire en un quemador de presión constante. El aire y el combustible entran estacionariamente a este quemador en condiciones estándar y los productos de la combustión salen a 257 °C. Calcule la transferencia térmica, en kJ/kg combustible, durante esta combustión.
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley 20. Se quema metano (CH4) por completo con la cantidad estequiométrica de aire durante un proceso de combustión de flujo estacionario. Si tanto los reactivos como los productos se mantienen a 25 °C y 1 atm y el agua en los productos existe en forma líquida, determine la transferencia térmica de la cámara de combustión durante este proceso. ¿Cuál sería su respuesta si la combustión se llevara a cabo con 100 por ciento de exceso de aire?
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley
21. Un carbón de Texas que tiene un análisis final (en masa) de 39.25 por ciento de C, 6.93 por ciento de H2, 41.11 por ciento de O2, 0.72 por ciento de N2, 0.79 por ciento de S y 11.20 por ciento de cenizas (no combustibles) se quema estacionariamente con 40 por ciento de exceso de aire en una caldera de una planta termoeléctrica. El carbón y el aire entran a esta caldera en condiciones estándar y los productos de combustión en la chimenea están a 127 °C. Calcule la transferencia de calor, en kJ/kg combustible, en esta caldera. Incluya el efecto del azufre en el análisis de energía observando que el dióxido de azufre tiene una entalpía de formación de -297,100 kJ/kmol y un calor específico promedio a presión constante de cp = 41.7 kJ/kmol · K.
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley 22. Se quema propano (C3H8) gaseoso en un proceso de flujo estacionario a presión constante a 100 kPa, con 200 por ciento aire teórico. Durante el proceso de combustión, 90 por ciento del carbono en el combustible se convierte en CO2, y 10 por ciento se convierte en CO. Determine: a) la ecuación de combustión balanceada, b) la temperatura de punto de rocío del producto, en °C y c) la transferencia de calor de la cámara de combustible en kJ, después de que 100 kmol de combustible se queman cuando los reactivos entran a la cámara de combustión a 25 °C y los productos se enfrían a 25 °C.
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley 23. Una mezcla gaseosa combustible, que es 40 por ciento de propano (C3H8) y 60 por ciento de metano (CH4) por volumen, se mezcla con la cantidad teórica de aire seco, y se quema en un proceso de flujo uniforme y presión constante, a 100 kPa. Tanto el combustible como el aire entran a la cámara de combustión a 298 K, y sufren un proceso completo de combustión. Los productos salen de la cámara de combustión a 398 K. Determine: a) la ecuación de combustión balanceada, b) la cantidad de vapor de agua condensada de los productos, y c) el flujo necesario de aire en kg/h cuando el proceso de combustión produce una salida de transferencia térmica de 97 000 kJ/h.
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley
24. El combustible gaseoso E10 es 10 por ciento de etanol (C2H6O) y 90 por ciento de octano (C8H18), sobre la base de kmoles. Este combustible se quema con 110 por ciento de aire teórico. Durante el proceso de combustión, 90 por ciento del carbono en el combustible se convierte a CO2, y 10 por ciento se convierte en CO . Determine: a) la ecuación de combustión balanceada, b) la temperatura de punto de rocío de los productos, en °C para una presión de productos de 100 kPa, c) la transferencia de calor para el proceso en kJ después de que se han quemado 2.5 kg de combustible y los reactivos y los productos están a 25 °C mientras el agua en los productos continúa como gas, y d) la humedad relativa del aire atmosférico para el caso en que el aire está a 25 °C y 100 kPa, y se encuentra que los productos contienen 9.57 kmol de vapor de agua por kmol de combustible quemado.
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley 25. Una lbmol de metano (CH4) sufre combustión completa con la cantidad estequiométrica de aire en un contenedor rígido. Inicialmente, el aire y el metano están a 14.4 psia y 77 °F. Los productos de combustión están a 1 600 °F. ¿Cuánto calor se rechaza de contenedor, en Btu/lbmol combustible?
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley 26. Un recipiente de volumen constante contiene una mezcla de 1 kmol de benceno (C6H6) gaseoso y 30 por ciento de exceso de aire a 25 °C y 1 atm. Ahora se enciende el contenido del recipiente y todo el hidrógeno del combustible se quema a H2O pero sólo 92 por ciento del carbono se quema a CO2, mientras que 8 por ciento restante forma CO. Si la temperatura final en el recipiente es de 1.000 K, determine la transferencia de calor de la cámara de combustión durante este proceso.
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Tema: Analisis de Sist. reactivos con base a la primera ley 27.. El producto efectivo de masa por calor específico (mcv) de un calorímetro de bomba de volumen constante es de 100 kJ/K. Se prueba en el calorímetro paja de trigo, que se está considerando como combustible alternativo. Diez gramos de esta paja se colocan en el calorímetro. Después de cargar el calorímetro con oxígeno y quemar la paja, se encuentra que la temperatura del calorímetro ha aumentado en 1.8 °C. Determine el poder calorífico de esta paja. ¿Cómo se compara éste con el poder calorífico superior del combustible de propano?
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Tema: Temperatura de Flama Adiabatica 28. Estime la temperatura adiabática de llama de un soplete de corte de acetileno (C2H2), en °C, que usa una cantidad estequiométrica de oxígeno puro.
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Tema: Temperatura de Flama Adiabatica 29. Octano líquido (C8H18) se quema en el quemador adiabático de presión constante de un motor de avión con 40 por ciento de exceso de aire. El aire entra al quemador a 600 kPa y 307 °C, y el combustible se inyecta al quemador a 25 °C. Estime la temperatura de salida de los gases de combustión.
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Tema: Temperatura de Flama Adiabatica 30. Un recipiente adiabático de volumen constante contiene una mezcla de 1 kmol de gas hidrógeno (H2) y la cantidad estequiométrica de aire a 25 °C y 1 atm. El contenido del recipiente se enciende ahora. Suponiendo combustión completa, determine la temperatura final en el recipiente.
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Tema: Temperatura de Flama Adiabatica 31. Se quema metano (CH4) con 300 por ciento de exceso de aire en un contenedor adiabático de volumen constante. Inicialmente, el aire y el metano están a 1 atm y 25 °C. Suponiendo combustión completa, determine la presión y la temperatura finales de los productos de combustión.
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Tema: Cambio de entropía y análisis de sistemas reactivos con base en la segunda ley 32. Etileno (C2H4) gaseoso entra a una cámara de combustión adiabática a 25 °C y 1 atm, y se quema con 20 por ciento de exceso de aire que entra a 25 °C y 1 atm. La combustión es completa, y los productos salen de la cámara de combustión a la presión de 1 atm. Suponiendo T0 = 25 °C, determine a) la temperatura de los productos, b) la generación de entropía y c) la destrucción de exergía.
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Tema: Cambio de entropía y análisis de sistemas reactivos con base en la segunda ley 33. Octano líquido (C8H18) entra a una cámara de combustión de flujo estacionario a 25 °C y 1 atm a razón de 0.25 kg/min. Se quema con 50 por ciento de exceso de aire que también entra a 25 °C y 1 atm. Los productos se dejan enfriar a 25 °C. Suponiendo combustión completa y que todo el H2O en los productos está en forma líquida, determine a) la tasa de transferencia de calor de la cámara de combustión, b) la tasa de generación de entropía y c) la tasa de destrucción de exergía. Suponga que T0 = 298 K y que los productos salen de la cámara de combustión a una presión de 1 atm.
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Tema: Cambio de entropía y análisis de sistemas reactivos con base en la segunda ley 34. Se quema n-octano (C8H18) en un quemador de presión constante de un motor de avión con 70 por ciento de exceso de aire. El aire entra a este quemador a 600 kPa y 327 °C, el combustible líquido se inyecta a 25 °C, y los productos de combustión salen a 600 kPa y 1.227 °C. Determine la generación de entropía y la destrucción de exergía por unidad de masa de combustible durante este proceso de combustión. Tome T0 = 25 °C.
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Tema: Cambio de entropía y análisis de sistemas reactivos con base en la segunda ley 35. Un motor de automóvil usa alcohol metílico (CH3OH) como combustible, con 200 por ciento de exceso de aire. El aire entra a este motor a 1 atm y 25 °C. Se mezcla combustible líquido a 25 °C con este combustible antes de la combustión. Los productos de escape salen del sistema de escape a 1 atm y 77 °C. ¿Cuál es la cantidad máxima de trabajo en kJ/kg de combustible que puede producir este motor? Considere T0 = 25 °C.
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Problemas Encargados - Repaso de Combustión 1. Un combustible gaseoso con 65 por ciento de CH4, 25 por ciento de N2 y 10 por ciento de O2 (en base molar) se quema con aire seco que entra a la cámara de combustión a 25 °C y 100 kPa. El análisis volumétrico de los productos en base seca es 3.36 por ciento de CO2, 0.09 por ciento de CO, 14.91 por ciento de O2 y 81.64 por ciento de N2. Determine a) la relación aire-combustible, b) el porcentaje de aire teórico usado y c) el flujo volumétrico de aire usado para quemar el combustible a razón de 3.5 kg/min. 2. Una mezcla de 40 por ciento en volumen de metano (CH4) y 60 por ciento en volumen de propano (C3H8) se quema por completo con aire teórico y sale de la cámara de combustión a 100 °C. Los productos tienen una presión de 100 kPa y se enfrían a presión constante a 39 °C. Trace el diagrama T-s para el vapor de agua que no se condensa, si hay alguno. ¿Cuánta del agua formada durante el proceso de combustión se condensará, en kmol H2O/kmol combustible? 3. Se quema gas de etanol (C2H6O) con 110 por ciento de aire teórico. Durante el proceso de combustión, 90 por ciento del carbono en el combustible se convierte a CO2, y 10 por ciento se convierte a CO. Determine a) los kmoles teóricos de O2 necesarios para la combustión completa de 1 kmol de etanol, b) la ecuación balanceada de combustión para el proceso de combustión incompleta y c) la tasa de transferencia de calor del proceso de combustión, en kW, cuando se queman 3.5 kg/h de combustible, cuando los reactivos y los productos están a 25 °C, permaneciendo como gas el agua en los productos. 4. Una caldera de vapor de agua calienta agua líquida de 200 °C a vapor sobrecalentado a 4 MPa y 400 °C. Se quema combustible de metano a presión atmosférica con 50 por ciento de exceso de aire. El combustible y el aire entran a la caldera a 25 °C, y los productos de combustión salen a 227 °C. Calcule a) la cantidad de vapor que se genera por unidad de masa de combustible que se quema, b) el cambio en la exergía para el flujo de combustible, en kJ/kg combustible, c) el cambio en exergía para el flujo de vapor de agua, en kJ/kg vapor de agua y d) el potencial de trabajo que se pierde, en kJ/kg combustible. Tome T0 = 25 °C. FIME - TERMODINAMICA II – Verano 2014 Ing° Samuel Silva B. - Ing. Oscar Crisostomo G.
Problemas Encargados - Repaso de Combustión El horno de una planta de generación eléctrica dada se puede considerar que consiste en dos cámaras: una cámara de combustión adiabática donde el combustible se quema por completo y adiabáticamente, y un intercambiador de calor donde el calor se transfiere isotérmicamente a una máquina térmica de Carnot. Los gases de combustión en el intercambiador de calor se mezclan bien, de modo que el intercambiador de calor está a una temperatura uniforme en todo momento que es igual a la temperatura de salida de los gases producidos, Tp. La producción de trabajo por la máquina térmica de Carnot se puede expresar como
donde Q es la magnitud de la transferencia de calor a la máquina térmica y T0 es la temperatura del entorno. La producción de trabajo por la máquina de Carnot será cero ya sea cuando Tp = Tfa (lo cual significa que los gases de combustión entrarán al intercambiador de calor y saldrán de él a la temperatura de flama adiabática Tfa y por lo tanto Q = 0) o cuando Tp = T0 (lo cual significa que la temperatura de los gases de combustión en el intercambiador de calor será T0 y por lo tanto nC = 0), y alcanzará un máximo en algún punto intermedio. Tratando los gases de combustión como gases ideales con calores específicos constantes y suponiendo que no hay cambio en su composición en el intercambiador de calor, demuestre que la producción de trabajo de la máquina térmica de Carnot será máxima cuando
También demuestre que la producción máxima de la máquina de Carnot en este caso es
donde C es una constante cuyo valor depende de la composición de los gases de combustión y sus calores específicos.
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