Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

792
REACCIONES QUÍMICAS
Suposiciones 1 Se trata de un proceso de combustión de flujo estacionario.
2 La cámara de combustión es adiabática. 3 No existen interacciones de trabajo.
4 El aire y los gases de combustión son gases ideales. 5 Los cambios en
las energías cinética y potencial son insignificantes.
Análisis a) La ecuación balanceada para el proceso de combustión con la
cantidad teórica de aire es
C 8 H 18 12.5 O 2 3.76N 2 8CO 2 9H 2 O 47N 2
La relación de la temperatura de flama adiabática H prod H react en este caso
se reduce a
N p h° f h h° p N r h° f,r Nh° f C8 H 18
puesto que todos los reactivos están en el estado de referencia estándar y h – f °
0 para O 2 y N 2 . Los valores h – f ° y h de diversos componentes a 298 K son
h – f °
h– 298 K
Sustancia kJ/kmol kJ/kmol
C 8 H 18 () 249,950 —
O 2 0 8,682
N 2 0 8,669
H 2 O(g) 241,820 9,904
CO 2 393,520 9,364
Si se sustituye se tiene
lo que produce
18 kmol CO 2 231 393 520 h CO 2
9 364 2 kJ >kmol CO 2 4
19 kmol H 2 O 231 241 820 h H 2 O 9 904 2 kJ >kmol H 2 O 4
471kmol N 2 2310 h N 2
8 6692 kJ >kmol N 2 4
11 kmol C 8 H 18 21249 950 kJ>kmol C 8 H 18 2
8 h CO 2
9 h H 2 O 47 h N 2
5 646 081 kJ
Parecería una ecuación con tres incógnitas, pero en realidad sólo hay una
incógnita —la temperatura de los productos T prod — dado que h h(T) para
gases ideales. Por consiguiente, deberá emplearse un software para resolver
ecuaciones tal como el EES o un método de ensayo y error para determinar la
temperatura de los productos.
Una primera suposición se obtiene al dividir el lado derecho de la ecuación
por el número total de moles, lo que produce 5 646 081/(8 9 47)
88 220 kJ/kmol. Este valor de entalpía corresponderá a aproximadamente
2 650 K para N 2 , 2 100 K para H 2 O y 1 800 K para CO 2 . Observe que la
mayoría de las moles son N 2 , por lo que T prod se acercará a 2 650 K, pero
será algo inferior a dicho valor. Por lo tanto, una primera buena suposición es
2 400 K. A esta temperatura,
8 h CO 2
9 h H 2 O 47 h N 2
8 125 152 9 103 508 47 79 320
5 660 828 kJ
Este valor es más alto que 5 646 081 kJ. Por consiguiente, la temperatura
real estará ligeramente por debajo de 2 400 K. A continuación elegimos
2 350 K. Esto produce
8 122 091 9 100 846 47 77 496 5 526 654