Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

EJEMPLO 15-10 Análisis de combustión adiabática
con base en la segunda ley
A una cámara de combustión adiabática de flujo estacionario entra gas metano
(CH 4 ) a 25 °C y 1 atm. Se quema con 50 por ciento de exceso de aire que
también entra a 25 °C y 1 atm, como se muestra en la figura 15-33. Suponga
que la combustión es completa y determine a) la temperatura de los productos,
b) la generación de entropía y c) el trabajo reversible y la destrucción de
exergía. Suponga que T 0 298 K y que los productos salen de la cámara de
combustión a una presión de 1 atm.
Solución El metano se quema con exceso de aire en una cámara de combustión
de flujo estacionario. Se debe determinar la temperatura del producto,
la entropía generada, el trabajo reversible y la exergía destruida.
Suposiciones 1 Existen condiciones de flujo estacionario durante la combustión.
2 El aire y los gases de combustión son gases ideales. 3 Los cambios en
las energías cinética y potencial son despreciables. 4 La cámara de combustión
es adiabática y por ello no existe transferencia de calor. 5 La combustión
es completa.
Análisis a) La ecuación balanceada para el proceso de combustión completa
con 50 por ciento de exceso de aire es
CH 4 g 3 O 2 3.76N 2 CO 2 2H 2 O O 2 11.28N 2
En condiciones de flujo estacionario, la temperatura de flama adiabática se
determina a partir de H prod H react , la cual se reduce a
CH 4
25 °C, 1 atm
Aire
25 °C, 1 atm
FIGURA 15-33
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CAPÍTULO 15
T 0 = 25 °C
Cámara de
combustión
adiabática
Esquema para el ejemplo 15-10.
CO 2
H 2 O
N 2
O 2
N p h° f h h° p N rh° f,r Nh° f CH4
puesto que todos los reactivos están en el estado de referencia estándar y h – f °
O para el O 2 y el N 2 . Al suponer comportamiento de gas ideal para el aire
y para los productos, los valores de h – f° y h de diversos componentes a 298 K
son los siguientes:
Al sustituir se tiene
h – f °
h– 298 K
Sustancia kJ/kmol kJ/kmol
CH 4 (g) 74,850 —
O 2 0 8,682
N 2 0 8,669
H 2 O(g) 241,820 9,904
CO 2 393,520 9,364
11 kmol CO 2 231 393 520 h CO 2
9 364 2 kJ >kmol CO 2 4
12 kmol H 2 O 231 241 820 h H 2 O 9 904 2 kJ >kmol H 2 O 4
111.28 kmol N 2 2310 h N 2
8 669 2 kJ >kmol N 2 4
11 kmol O 2 2310 h O 2
8 682 2 kJ >kmol O 2 4
11 kmol CH 4 21 74 850 kJ >kmol CH 4 2
esto produce
h CO 2
2 h H 2 O h O 2
11.28 h N 2
937 950 kJ
Por ensayo y error, se encuentra que la temperatura de los productos es
T prod 1 789 K