Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 15
h o f, kJ/kmol
M, kg/kmol
C 2 H 6 O(g) 235 310 46
CO 2 393 520 44
CO 110 530 28
H 2 O(g) 241 820 18
H 2 O (l) 285 830 18
O 2 32
N 2 28
15-107 Entra gas propano (C 3 H 8 ) a una cámara de combustión
de flujo estacionario a 1 atm y 25 °C y se quema con
aire que entra a la cámara de combustión en el mismo estado.
Determine la temperatura de flama adiabática para a) combustión
completa con 100 por ciento del aire teórico, b) combustión
completa con 200 por ciento del aire teórico y c) combustión
incompleta (algo de CO en los productos) con 95 por ciento
del aire teórico.
15-108 Determine la temperatura más alta posible que se
puede obtener cuando se quema estacionariamente gasolina
líquida (supuesta como C 8 H 18 ) a 25 °C con el aire a 25 °C y 1
atm. ¿Cuál sería su respuesta si se usara oxígeno puro a 25 °C
en vez de aire para quemar el combustible?
15-109 La combustión de un combustible usualmente da por
resultado un aumento de presión cuando el volumen se mantiene
constante, o un aumento de volumen si la presión se
mantiene constante, debido al aumento en el número de moles
y en la temperatura. El aumento de presión o de volumen será
máximo cuando la combustión sea completa y cuando ocurra
adiabáticamente con la cantidad teórica de aire.
Considere la combustión de vapor de alcohol metílico
(CH 3 OH(g)) con la cantidad estequiométrica de aire en una
cámara de combustión de 1.5 L. Inicialmente, la mezcla está
a 25 °C y 101 kPa. Determine a) la presión máxima que puede
ocurrir en la cámara de combustión si la combustión tiene
lugar a volumen constante y b) el volumen máximo de la cámara
de combustión si la combustión ocurre a presión constante.
15-110 Reconsidere el problema 15-109. Usando el
software EES (u otro), investigue el efecto del
volumen inicial de la cámara de combustión en el rango de
0.1 a 2.0 litros sobre los resultados. Grafique la presión
máxima de la cámara para combustión a volumen constante o
el volumen máximo de la cámara para combustión a presión
constante como funciones del volumen inicial.
15-111 Repita el problema 15-109 usando metano (CH 4 (g))
como combustible en vez de alcohol metílico.
15-112 Se quema n-octano (C 8 H 18 ) con 100 por ciento de
exceso de aire; 10 por ciento del carbono forma monóxido de
carbono. Determine el trabajo máximo que se puede producir,
en kJ/kg de combustible, cuando el aire, el combustible y los
productos están todos a 25 °C y 1 atm.
15-113E Se quema metano (CH 4 ) con la cantidad estequiométrica
de aire. Determine el trabajo máximo que se puede
producir, en Btu/lbm de combustible, cuando el aire, el combustible
y los productos están a 77 °F y 1 atm.
15-114E ¿Cuánto es el trabajo máximo del problema
15-113E que cambia cuando se usa 100 por ciento de exceso
de aire para la combustión?
15-115 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 T 0 25 °C.
Respuestas: a) 18.72 kg vapor/kg combustible, b) 49,490 kJ/kg
combustible, c) 1.039 kJ/kg vapor de agua y d) 30,040 kJ/kg combustible
15-116 Repita el problema 15-115 usando un carbón de
Utah que tiene un análisis final (por masa) 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 y 5.00 por ciento de cenizas
(no combustibles). Desprecie el efecto del azufre en los balances
de energía y entropía.
15-117 Desarrolle una expresión para el valor superior de
valor calórico de un alcano gaseoso C n H 2n+2 , en términos de n.
15-118 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,
T p . La producción de trabajo por la máquina térmica de
Carnot se puede expresar como
T 0
W Q C Q 1
T p
donde Q es la magnitud de la transferencia de calor a la
máquina térmica y T 0 es la temperatura del entorno. La producción
de trabajo por la máquina de Carnot será cero ya sea
cuando T p T fa (lo cual significa que los gases de combustión
entrarán al intercambiador de calor y saldrán de él a la
temperatura de flama adiabática T fa y por lo tanto Q 0) o
cuando T p T 0 (lo cual significa que la temperatura de los
gases de combustión en el intercambiador de calor será T 0 y
por lo tanto h C 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
T p 2T fa T 0
También demuestre que la producción máxima de la máquina
de Carnot en este caso es
2
T 0
W máx CT fa a 1 b B T fa