Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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REACCIONES QUÍMICAS
15-98 Un combustible gaseoso con 65 por ciento de CH 4 ,
25 por ciento de N 2 y 10 por ciento de O 2 (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 CO 2 , 0.09 por ciento de CO,
14.91 por ciento de O 2 y 81.64 por ciento de N 2 . 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.
3.36%, CO 25%, N 2
65%, CH 4
10%, O 2
Aire
Cámara de
combustión
2
0.09%, CO
14.91%, O 2
81.64%, N 2
FIGURA P15-98
15-99E Se quema combustible de propano (C 3 H 8 ) con la cantidad
estequiométrica de aire en un calentador de agua. Los productos
de la combustión están a una presión de 1 atm y 120 °F.
¿Qué fracción del vapor de agua en los productos es vapor?
C 3 H 8
Cámara de CO 2 , H 2 O, N 2
combustión
120 °F
Aire teórico 1 atm
volumétrica, se quema en aire de tal manera que la relación
aire-combustible es de 25 kg aire/kg combustible cuando el
proceso es de combustión completa. Determine a) los moles
de nitrógeno en el suministro de aire al proceso de combustión,
en kmol/kmol combustible, b) los moles de agua que se
forman en el proceso de combustión, en kmol/kmol combustible
y c) los moles de oxígeno en los gases productos en kmol
combustible. Respuestas: a) 33.8, b) 4.4, c) 3.38
15-104 Se quema completamente gas etano (C 2 H 6 ) con aire
en un proceso de flujo estacionario y presión constante a 100
kPa, de acuerdo con la ecuación de reacción química
C 2 H 6 4.788 O 2 3.76 N 2
2CO 2 3 H 2 O 1.288 O 2 18 N 2
a) Encuentre la temperatura de punto de rocío de los gases
producto en °C.
b) Si la temperatura del producto es de 100°C, ¿cuál es el
volumen específico del oxígeno en los gases producto, en
m 3 /kg?
c) Determine el valor calórico más bajo del gas etano a 298
K, en kJ/kmol.
d) Determine la masa molar producto del gas producto, en
kg/kmol.
e) Determine el calor específico molar promedio del gas producto
a presión constante, en kJ/kmol · K.
f) Determine la relación aire-combustible.
g) Si el flujo molar de combustible es de 0.1 kmol/min, calcule
el flujo másico de agua en los gases producto en kg/min.
FIGURA P15-99E
15-100 Se quema un carbón de Utah que tiene un análisis elemental
másico de 61.40 por ciento de C, 5.79 por ciento de H 2,
25.31 por ciento de O 2 , 1.09 por ciento de N 2 , 1.41 por ciento
de S, 5.00 por ciento de cenizas (no combustibles), con 25 por
ciento de exceso de aire en una caldera industrial. Suponiendo
combustión completa y que la presión en la chimenea de la caldera
es de 1 atm, calcule la temperatura mínima en °C de los
productos de combustión antes de que se comience a formar
agua líquida en la chimenea de humo. Respuesta: 41.3 °C
15-101 Se quema combustible de metano (CH 4 ) con 50 por
ciento de exceso de aire en un horno para calefacción de espacios.
La presión en la chimenea es de 1 atm. Suponiendo combustión
completa, determine la temperatura de los productos
de combustión a la que comenzará a formarse agua líquida en
la chimenea.
15-102 Una mezcla de 40 por ciento en volumen de metano
(CH 4 ) y 60 por ciento en volumen de propano (C 3 H 8 ) 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 H 2 O/kmol combustible? Respuesta: 1.96
15-103 Una mezcla gaseosa combustible de 60 por ciento de
propano (C 3 H 8 ) y 40 por ciento de butano (C 4 H 10 ), sobre base
h o f,
M, c p , R,
kg/kmol kg/kmol kJ/kmol kJ/kg · K
C 2 H 6 (g) 84 680 46
CO 2 393 520 44 41.16 0.1889
CO 110 530 28 29.21 0.2968
H 2 O(g) 241 820 18 34.28 0.4615
H 2 O(l) 285 830 18 75.24
O 2 32 30.14 0.2598
N 2 28 29.27 0.2968
15-105 Se suministra gas CO a una cámara de combustión
de flujo estacionario a 37 °C y 110 kPa a razón de 0.4 m 3 /
min, y aire a 25 °C y 110 kPa a razón de 1.5 kg/min. Los productos
de combustión salen de la cámara de combustión a 900
K. Suponiendo que la combustión es completa, determine la
tasa de transferencia de calor de la cámara de combustión.
15-106 Se quema gas de etanol (C 2 H 6 O) con 110 por ciento
de aire teórico. Durante el proceso de combustión, 90 por
ciento del carbono en el combustible se convierte a CO 2 , y 10
por ciento se convierte a CO. Determine
a) los kmoles teóricos de O 2 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.