Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 15
Entonces, la masa molar aparente de los gases producto resulta
m prod 7.03 44 0.945 18 0.0278 64 27.82 28kg
M prod
N prod 35 .82 kmol
30.9 kgkmol
Finalmente, la relación másica aire-combustible se determina por definición como
m aire
7.393 4.76 kmol29 kgkmol
AC
10.2 kg airekg
m combustible
100 kg
combustible
Es decir, se suministran 10.2 kg de aire por cada kg de carbón en el horno.
Comentario Podríamos también resolver este problema considerando sólo 1
kg de carbón, y obtener los mismos resultados. Pero tendríamos que manejar
fracciones muy pequeñas en los cálculos en este caso.
EJEMPLO 15-3 Combustión de un combustible gaseoso
con aire húmedo
Cierto gas natural tiene el siguiente análisis volumétrico: 72 por ciento de CH 4 , 9
por ciento de H 2 , 14 por ciento de N 2 , 2 por ciento de O 2 y 3 por ciento de CO 2 .
Este gas se quema con la cantidad estequiométrica de aire que entra a la cámara
de combustión a 20 °C, 1 atm y 80 por ciento de humedad relativa, como se
indica en la figura 15-12. Suponga una combustión completa y una presión total
de 1 atm, y determine la temperatura de punto de rocío de los productos.
Solución Un combustible gaseoso es quemado con la cantidad estequiométrica
de aire húmedo. Se determinará la temperatura de punto de rocío de los
productos.
Suposiciones 1 El combustible es quemado completamente y por lo tanto,
todo el carbono en el combustible se quemará en CO 2 y todo el hidrógeno en
H 2 O. 2 El combustible es quemado con la cantidad estequiométrica de aire y
así no habrá O 2 libre en los gases producidos. 3 Los gases de combustión son
gases ideales.
Propiedades La presión de saturación del agua a 20 °C es 2.3392 kPa (tabla
A-4).
Análisis Note que la humedad en el aire no reacciona con nada; simplemente
se muestra como H 2 O adicional en los productos. En consecuencia, por
simplicidad se balanceará la ecuación de combustión usando aire seco y luego
se agregará la humedad a ambos lados de la ecuación.
Considerando 1 kmol de combustible,
combustible
aire seco
0.72CH 4 0.09H 2 0.14N 2 0.02O 2 0.03CO 2 a th O 2 3.76N 2
Combustible
CH 4 , O 2 , H 2 , Cámara de
CO 2
N 2 , CO combustión
H 2 O
2
N
Aire
1 atm
2
20 °C, φ = 80%
FIGURA 15-12
Esquema para el ejemplo 15-3.
xCO 2 yH 2 O zN 2
Los coeficientes desconocidos en la ecuación anterior se encuentran a partir
de balances de masa en diversos elementos:
C:
H:
O 2 :
0.72
0.03 x x 0.75
0.72
4 0.09 2 2y y 1.53
0.02
0.03 a th x
N 2 : 0.14
3.76a th z z 5.648
Después se determina la cantidad de humedad que acompaña a 4.76a th
(4.76)(1.465) 6.97 kmol de aire seco. La presión parcial de la humedad
en el aire es
y
2
a th 1.465