Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 15
TABLA 15-1
Comparación de algunos combustibles alternativos contra los combustibles
tradicionales basados en petróleo usados en la industria del transporte.
Equivalencia,*
Contenido energético en gasolina,
Combustible kJ/L L/L de gasolina
Gasolina 31,850 1
Diésel ligero 33,170 0.96
Diésel pesado 35,800 0.89
LPG (gas licuado de petróleo,
principalmente propano) 23,410 1.36
Etanol (o alcohol etílico) 29,420 1.08
Metanol (o alcohol metílico) 18,210 1.75
CNG (gas natural comprimido,
principalmente metano, a 200 atm) 8,080 3.94
LNG (gas natural licuado,
principalmente metano) 20,490 1.55
*Cantidad de combustible cuyo contenido energético es igual a la energía contenida en 1 litro de gasolina.
tase que el contenido energético por unidad de volumen de los combustibles
alternativos es más bajo que el de la gasolina o el diésel, y por lo tanto, la
distancia máxima que un vehículo pudiera recorrer al gastar un tanque lleno
será menor cuando se opere con un combustible alternativo. Además, cuando
se comparan costos, una medida realista es el costo por unidad de energía más
que el costo por unidad de volumen. Por ejemplo, el metanol a un costo unitario
de 1.20 dólares por litro puede parecer más barato que la gasolina a 1.80
dólares por litro, pero hay que tomar en cuenta que el costo de 10 000 kJ de
energía es de 0.57 dólares para la gasolina y de 0.66 dólares para el metanol.
Una reacción química durante la cual se oxida un combustible y se libera
una gran cantidad de energía recibe el nombre de combustión (Fig. 15-2). El
oxidante empleado con mayor frecuencia en los procesos de combustión es el
aire, por obvias razones (es gratuito y se consigue fácilmente). El oxígeno puro,
O 2 , se emplea como oxidante sólo en algunas aplicaciones especializadas, como
el corte y la soldadura, donde no se puede utilizar aire. En consecuencia, son
pertinentes unas cuantas palabras acerca de la composición del aire.
En una base molar o volumétrica, el aire seco está compuesto por 20.9 por
ciento de oxígeno, 78.1 por ciento de nitrógeno, 0.9 por ciento de argón y pequeñas
cantidades de dióxido de carbono, helio, neón e hidrógeno. En el análisis
de los procesos de combustión, el argón en el aire se trata como nitrógeno, en
tanto que los gases que existen en cantidades muy pequeñas se descartan. De
modo que el aire seco puede considerarse aproximadamente como 21 por ciento
de oxígeno y 79 por ciento de nitrógeno en números molares. Por consiguiente,
cada mol de oxígeno que entra a una cámara de combustión será acompañado
por 0.79/0.21 3.76 mol de nitrógeno (Fig. 15-3). Es decir,
1 kmol O 2 3.76 kmol N 2 4.76 kmol aire
(15-1)
Durante la combustión, el nitrógeno se comporta como un gas inerte y no
reacciona con otros elementos químicos más que para formar una pequeña
cantidad de óxidos nítricos. A pesar de esto, la presencia de nitrógeno influye
de manera considerable en el resultado de un proceso de combustión, pues el
nitrógeno suele entrar a una cámara de combustión en grandes cantidades a
temperaturas bajas, y salir a temperaturas considerablemente altas, absorbiendo
FIGURA 15-2
La combustión es una reacción
química durante la cual se oxida un
combustible y se libera una gran
cantidad de energía.
Blondie © King Features Syndicate.
AIRE
( 21% O 2
79% N 2
)
1 kmol O 2
3.76 kmol N 2
FIGURA 15-3
Cada kmol de O 2 en el aire se acompaña
de 3.76 kmol de N 2 .