Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 15
de la combustión se deja que los productos se enfríen hasta 25 °C. Tomando
en cuenta que es una combustión completa, determine a) la transferencia de
calor por kmol de CH 4 , b) la generación de entropía y c) el trabajo reversible
y la destrucción de exergía. Considere que T 0 298 K y que los productos
abandonan la cámara de combustión a una presión de 1 atm.
Solución Éste es el mismo proceso de combustión analizado en el ejemplo
15-10, excepto que los productos de combustión se llevan al estado del
medio circundante transfiriéndole calor de los mismos. Por lo tanto, la ecuación
de combustión permanece igual:
CH 4 g 3 O 2 3.76N 2 CO 2 2H 2 O O 2 11.28N 2
Parte del agua se condensará a 25 °C y la cantidad de vapor de agua que
permanece en los productos se determina de (ver ejemplo 15-3)
N v P v 3.1698 kPa
0.03128
101.325 kPa
y
N gas
P total
N v
P v
P total N gas 0.0312813.28 N v N v 0.43 kmol
De este modo, 1.57 kmol de H 2 O formado quedará en estado líquido y se
removerá a 25 °C y 1 atm. Cuando se evalúan las presiones parciales de los
componentes en los gases producto, las únicas moléculas de agua que necesitan
considerarse son aquellas que están en la fase de vapor. Como antes,
todos los reactivos y productos gaseosos se tratarán como gases ideales.
a) La transferencia de calor durante este proceso de combustión de flujo estacionario
se obtiene a partir del balance de energía de flujo estacionario
E salida E entrada en la cámara de combustión,
Q sal a N p h °f , p a N r h °f , r
puesto que todos los reactivos y los componentes están en el estado de referencia
estándar de 25 °C y la entalpía de los gases ideales depende sólo de la
temperatura. Despejando Q sal y sustituyendo los valores de h – f ° se tiene
Q sal 11 kmol CH 4 21 74 850 kJ >kmol CH 4 2
11 kmol CO 2 21 393 520 kJ >kmol CO 2 2
30.43 kmol H 2 O 1g 243 241 820 kJ >kmol H 2 O 1g 24
31.57 kmol H 2 O 1 243 285 830 kJ >kmol H 2 O 1 24
871 400 kJ/kmol CH 4
b) La entropía de los reactivos se evaluó en el ejemplo 15-10 y se determinó
que su valor era S react 3 023.69 kJ/kmol · K CH 4 . Con un enfoque similar,
se determina que la entropía de los productos es la siguiente:
N i y i s – ° i (T, 1 atm) R u ln y i P m N i s – i
H 2 O() 1.57 1.0000 69.92 — 109.77
H 2 O 0.43 0.0314 188.83 28.77 93.57
CO 2 1 0.0729 213.80 21.77 235.57
O 2 1 0.0729 205.04 21.77 226.81
N 2 11.28 0.8228 191.61 1.62 2,179.63
S prod 2,845.35