Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 15
Para gases ideales, las fracciones de volumen son equivalentes a las fracciones
molares. Si se considera 100 kmol de productos secos, por conveniencia,
la ecuación de combustión se escribe como
xC 8 H 18 a O 2 3.76N 2 10.02CO 2 0.88CO 5.62O 2 83.48N 2 bH 2 O
Los coeficientes desconocidos x, a y b se determinan de los balances de masa:
N 2 :
3.76a 83.48 a 22.20
C:
8x 10.02 0.88 x 1.36
H:
18x 2b b 12.24
O 2 : a 10.02 0.44 5.62
b
2
22.20 22.20
El balance de O 2 no es necesario, aunque puede emplearse para verificar los
valores obtenidos de los demás balances de masa, como se hizo antes. Al
sustituir, se obtiene
1.36C 8 H 18 22.2 O 2 3.76N 2
10.02CO 2 0.88CO 5.62O 2 83.48N 2 12.24H 2 O
La ecuación de combustión para 1 kmol de combustible se obtiene al dividir la
ecuación anterior entre 1.36:
C 8 H 18 16.32 O 2 3.76N 2
7.37CO 2 0.65CO 4.13O 2 61.38N 2 9H 2 O
a) La relación aire-combustible se determina tomando la proporción entre la
masa del aire y la masa del combustible (Ec. 15-3):
AC m aire 116.32 4.76 kmol 2129 kg >kmol 2
m comb 8 kmol 2112 1 kg >kmol 2 19 kmol 212 kg >kmol 2
19.76 kg aire/kg combustible
b) Para encontrar el porcentaje de aire teórico utilizado se necesita conocer
la cantidad teórica de aire, que se determina con la ecuación de combustión
teórica del combustible:
C 8 H 18 a th O 2 3.76N 2 8CO 2 9H 2 O 3.76a th N 2
O 2 : a th 8 4.5 a th 12.5
Entonces,
Porcentaje de aire teórico m aire,act
m aire,th
N aire,act
N aire,th
116.322 14.762 kmol
112.502 14.762 kmol
131 por ciento
Es decir, se empleó 31 por ciento del exceso de aire durante este proceso de combustión.
Observe que un poco de carbono formó monóxido de carbono aun cuando
había mucho más oxígeno que el necesario para la combustión completa.
c) Para cada kmol de combustible quemado se forma 7.37 0.65 4.13
61.38 9 82.53 kmol de producto, incluyendo 9 kmol de H 2 O. Si se supone
que la temperatura de punto de rocío de los productos es mayor a 25 °C, un
poco de vapor de agua se condensará cuando los productos se enfrían hasta 25
°C. Si N w kmol de H 2 O se condensa, se dejarán (9 – N w ) kmol de vapor de agua
en los productos. Resultará que el número de moles de los productos en la fase
gaseosa también disminuirá a 82.53 N w . Si se trata a los gases producidos
(incluyendo el vapor de agua remanente) como gases ideales, N w se determina
igualando la fracción molar de vapor de agua con su fracción de presión: