Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 15
15-30 Repita el problema 15-29 reemplazando el aire seco
por aire húmedo que entra a la cámara de combustión a 25 °C,
1 atm y 85 por ciento de humedad relativa.
15-31 Un combustible gaseoso con un análisis volumétrico
de 45 por ciento de CH 4 , 35 por ciento de H 2 y 20 por
ciento de N 2 se quema por completo con 130 por ciento del
aire teórico. Determine a) la relación aire-combustible y b) la
fracción de vapor de agua que condensaría si los gases del
producto se enfriaran a 25 °C a 1 atm.
Respuestas: a) 13.9 kg aire/kg combustible, b) 84 por ciento
15-32 Reconsidere el problema 15-31. Usando el software
EES (u otro), estudie los efectos de variar
los porcentajes de CH 4 , H 2 y N 2 que constituyen el combustible
y la temperatura de los gases del producto en el rango de 5
a 150 °C.
15-33 Se quema carbono (C) con aire seco. El análisis volumétrico
de los productos es de 10.06 por ciento de CO 2 , 0.42
por ciento de CO, 10.69 por ciento de O 2 y 78.83 por ciento
de N 2 . Determine a) la relación aire-combustible y b) el porcentaje
del aire teórico usado.
15-34 Se quema metano (CH 4 ) con aire seco. El análisis de
los productos en base seca es de 5.20 por ciento de CO 2 , 0.33
por ciento de CO, 11.24 por ciento de O 2 y 83.23 por ciento
de N 2 . Determine a) la relación aire-combustible y b) el porcentaje
usado del aire teórico.
Respuestas: a) 34.5 kg aire/kg combustible, b) 200 por ciento
15-35 Se quema n-octano (C 8 H 18 ) con 100 por ciento de
exceso de aire, y 15 por ciento del carbono en el combustible
forma monóxido de carbono. Calcule las fracciones molares
de los productos y la temperatura de punto de rocío del
vapor de agua en los productos cuando éstos están a una presión
de 1 atm. Respuestas: 0.0548 (CO 2 ), 0.0097 (CO), 0.0725
(H 2 O), 0.1056 (O 2 ), 0.7575 (N 2 ), 39.9 °C
15-36 Se quema alcohol metílico (CH 3 OH) con 100 por
ciento de exceso de aire. Durante la combustión 60 por ciento
del carbono en el combustible forma CO 2 y 40 por ciento es
convertido a CO. Escriba la ecuación balanceada de reacción
y determine la relación aire-combustible.
CH 3 OH
100% de exceso
de aire
Cámara de
combustión
FIGURA P15-36
CO 2 , CO
H 2 O, O 2 , N 2
15-37 Se quema alcohol etílico (C 2 H 5 OH) con la cantidad
estequiométrica de aire. La combustión es incompleta: 10
por ciento (por volumen) del carbono del combustible forma
monóxido de carbono, y 5 por ciento del hidrógeno forma OH.
Calcule el peso molecular aparente de los productos.
15-38 Un carbón de Colorado que tiene un análisis elemental
(por masa) de 79.61 por ciento de C, 4.66 por ciento de H 2 ,
4.76 por ciento de O 2 , 1.83 por ciento de N 2 , 0.52 por ciento
de S y 8.62 por ciento de ceniza (no combustibles) se quema
con la cantidad estequiométrica de aire. Despreciando el constituyente
de aire, calcule las fracciones másicas de los productos
y la masa de aire que se necesita por unidad de masa de carbón
que se quema.
15-39 Se quema un carbón de Illinois con análisis elemental
(en masa) de 67.40 por ciento de C, 5.31 por ciento de H 2 ,
15.11 por ciento de O 2 , 1.44 por ciento de N 2 , 2.36 por ciento
de S y 8.38 por ciento de cenizas (no combustibles), con 40 por
ciento de exceso de aire. Calcule la masa de aire necesaria por
unidad de masa de carbón quemado, y el peso molecular aparente
del gas producto, haciendo caso omiso del constituyente
de ceniza. Respuestas: 13.8 kg aire/kg combustible, 29.7 kg/kmol
Carbón
40 por ciento
Cámara de
combustión
de exceso de aire
FIGURA P15-39
CO 2 , H 2 O,
SO 2 , O 2 , N 2
Entalpía de formación y entalpía de combustión
15-40C ¿Qué es la entalpía de combustión? ¿Cómo se distingue
de la entalpía de reacción?
15-41C ¿Qué es la entalpía de formación? ¿Cómo se distingue
de la entalpía de combustión?
15-42C ¿Qué son los poderes caloríficos superior e inferior
de un combustible? ¿En qué se distinguen? ¿Cómo se relaciona
el poder calorífico de un combustible con la entalpía de
combustión de ese combustible?
15-43C ¿Cuándo son idénticas la entalpía de formación y la
entalpía de combustión?
15-44C ¿La entalpía de formación de una sustancia cambia
con la temperatura?
15-45C La h – ° f del N 2 está listada como cero. ¿Significa esto
que el N 2 no contiene energía química en el estado estándar
de referencia?
15-46C ¿Cuál contiene más energía química, 1 kmol de H 2
o 1 kmol de H 2 O?
15-47 Determine la entalpía de combustión del metano
(CH 4 ) a 25 °C y 1 atm, usando los datos de entalpía de formación
de la tabla A-26. Suponga que el agua en los productos
está en forma líquida. Compare su resultado con el valor listado
en la tabla A-27. Respuesta: –890,330 kJ/kmol
15-48 Reconsidere el problema 15-47. Usando el software
EES (u otro), estudie el efecto de la temperatura
sobre la entalpía de combustión. Grafique la entalpía
de combustión como función de la temperatura sobre el rango
de 25 a 600 °C.
15-49 Se quema etano (C 2 H 6 ) a presión atmosférica con la
cantidad estequiométrica de aire como el oxidante. Determine
el calor rechazado, en kJ/kmol combustible, cuando los productos
y los reactivos están a 25 °C y el agua aparece en los
productos como vapor.