Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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REACCIONES QUÍMICAS
15-50 ¿Cuál es la presión mínima de los productos del problema
15-49 que asegurará que el agua en los productos estará
en forma de vapor?
15-51 Calcule el PCS y el PCI del propano líquido (C 3 H 8 ).
Compare sus resultados con los valores de la tabla A-27.
15-52 Calcule el PCS y el PCI del combustible n-octano
gaseoso (C 8 H 18 ). Compare sus resultados con los valores de
la tabla A-27.
15-53 Calcule los valores caloríficos alto y bajo de un carbón
de Illinois que tiene un análisis elemental (por 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
ceniza (no combustibles). La entalpía de formación del SO 2 es
–297 100 kJ/kmol. Respuestas: 32 650 kJ/kg, 31 370 kJ/kg
Análisis de sistemas reactivos con base en la primera ley
15-54C Deduzca una relación de balance de energía para un
sistema reactivo cerrado que sufre un proceso de expansión o
compresión de cuasiequilibrio a presión constante.
15-55C Considere un proceso de combustión completa
durante el cual tanto los reactivos como los productos se mantienen
en el mismo estado. La combustión se lleva a cabo con
a) 100 por ciento del aire teórico, b) 200 por ciento del aire
teórico y c) la cantidad químicamente correcta de oxígeno
puro. ¿Para cuál caso será máxima la cantidad de transferencia
de calor? Explique.
15-56C Considere un proceso de combustión completa
durante el cual los reactivos entran a la cámara de combustión
a 20 °C y los productos salen a 700 °C. La combustión se
lleva a cabo con a) 100 por ciento del aire teórico, b) 200 por
ciento del aire teórico y c) la cantidad químicamente correcta
de oxígeno puro. ¿Para cuál caso será mínima la cantidad de
transferencia de calor? Explique.
15-57 Se quema combustible de propano (C 3 H 8 ) con una
relación aire-combustible de 25 en un horno de calentamiento
a presión atmosférica. Determine la transferencia térmica por
kilogramo de combustible quemado cuando la temperatura de
los productos es tal que el agua líquida apenas comienza a
formarse en los productos.
15-58 Se quema gas de n-octano (C 8 H 18 ) con 100 por ciento
de exceso de aire en un quemador de presión constante. El aire
y el combustible entran estacionariamente a este quemador en
condiciones estándar y los productos de la combustión salen a
257 °C. Calcule la transferencia térmica, en kJ/kg combustible,
durante esta combustión.
C 8 H 18
25 C
100 por ciento
de exceso de aire
25 C
Cámara de
combustión
P 1 atm
Q salida
FIGURA P15-58
Productos
257 C
15-59 Se mezcla combustible de propano (C 3 H 8 ) a 25 °C
uniformemente con 50 por ciento de exceso de aire a 500 °C,
en una cámara de combustión a presión atmosférica. Los productos
de combustión salen a 1 500 °C, y el flujo volumétrico
del aire es de 1 m 3 /s. Determine la razón de transferencia de
calor en la cámara de combustión.
15-60 Se quema metano (CH 4 ) por completo con la cantidad
estequiométrica de aire durante un proceso de combustión
de flujo estacionario. Si tanto los reactivos como los productos
se mantienen a 25 °C y 1 atm y el agua en los productos
existe en forma líquida, determine la transferencia térmica de
la cámara de combustión durante este proceso. ¿Cuál sería
su respuesta si la combustión se llevara a cabo con 100 por
ciento de exceso de aire? Respuesta: 890,330 kJ/kmol
15-61E Se quema combustible diesel (C 12 H 26 ) a 77 °F en
una cámara de combustión de flujo estacionario con 20 por
ciento de exceso de aire que también entra a 77 °F. Los productos
salen de la cámara de combustión a 800 R. Suponiendo
que la combustión es completa, determine el flujo másico de
combustible diesel para suministrar calor a razón de 1.800
Btu/s. Respuesta: 0.1 lbm/s
15-62 Un carbón de Texas que tiene un análisis final (en
masa) de 39.25 por ciento de C, 6.93 por ciento de H 2 , 41.11
por ciento de O 2 , 0.72 por ciento de N 2 , 0.79 por ciento de
S y 11.20 por ciento de cenizas (no combustibles) se quema
estacionariamente con 40 por ciento de exceso de aire en
una caldera de una planta termoeléctrica. El carbón y el aire
entran a esta caldera en condiciones estándar y los productos
de combustión en la chimenea están a 127 °C. Calcule la
transferencia de calor, en kJ/kg combustible, en esta caldera.
Incluya el efecto del azufre en el análisis de energía observando
que el dióxido de azufre tiene una entalpía de formación
de 297,100 kJ/kmol y un calor específico promedio a
presión constante de c p 41.7 kJ/kmol · K.
15-63 Gas octano (C 8 H 18 ) que entra a 25 °C se quema
estacionariamente con 80 por ciento de exceso de
aire a 25 °C, 1 atm y 40 por ciento de humedad relativa. Suponiendo
que la combustión es completa y los productos salen de
la cámara de combustión a 1 000 K, determine la transferencia
de calor para este proceso por unidad de masa de octano.
15-64 Reconsidere el problema 15-63. Usando el software
EES (u otro), investigue el efecto de la
cantidad de exceso de aire sobre la transferencia de calor del
proceso de combustión. Haga variar el exceso de aire de 0 a
200 por ciento. Grafique la transferencia de calor contra el
exceso de aire y explique los resultados.
15-65 Se quema propano (C 3 H 8 ) gaseoso en un proceso de flujo
estacionario a presión constante a 100 kPa, con 200 por ciento
aire teórico. Durante el proceso de combustión, 90 por
ciento del carbono en el combustible se convierte en CO 2 , y
10 por ciento se convierte en CO. Determine
a) la ecuación de combustión balanceada,
b) la temperatura de punto de rocío del producto, en °C y
c) la transferencia de calor de la cámara de combustible en
kJ, después de que 100 kmol de combustible se queman