Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 15
Inicialmente, el aire y el metano están a 1 atm y 25 °C. Suponiendo
combustión completa, determine la presión y la temperatura
finales de los productos de combustión.
Respuestas: 394 kPa, 1 159 K
Cambio de entropía y análisis de sistemas reactivos
con base en la segunda ley
15-85C Exprese el principio de incremento de entropía para
sistemas químicos reactivos.
15-86C ¿Cómo se determinan los valores absolutos de entropía
de los gases ideales a presiones diferentes de una atmósfera?
15-87C ¿Qué representa la función de Gibbs g o f de formación
de un compuesto?
15-88 2 kmol de H 2 a 25 °C y 1 atm se quema estacionariamente
con 1 kmol de O 2 en el mismo estado. El H 2 O que
se forma durante el proceso se eleva luego a 25 °C y 1 atm,
las condiciones del entorno. Suponiendo que la combustión es
completa, determine el trabajo reversible y la destrucción de
exergía para este proceso.
15-89 Etileno (C 2 H 4 ) gaseoso entra a una cámara de combustión
adiabática a 25 °C y 1 atm, y se quema con 20 por
ciento de exceso de aire que entra a 25 °C y 1 atm. La combustión
es completa, y los productos salen de la cámara de
combustión a la presión de 1 atm. Suponiendo T 0 25 °C,
determine a) la temperatura de los productos, b) la generación
de entropía y c) la destrucción de exergía.
Respuestas: a) 2.269.6 K, b) 1.311.3 kJ/kmol · K, c) 390,760 kJ/
kmol
15-90 Octano líquido (C 8 H 18 ) entra a una cámara de combustión
de flujo estacionario a 25 °C y 1 atm a razón de 0.25
kg/min. Se quema con 50 por ciento de exceso de aire que
también entra a 25 °C y 1 atm. Los productos se dejan enfriar
a 25 °C. Suponiendo combustión completa y que todo el H 2 O
en los productos está en forma líquida, determine a) la tasa de
transferencia de calor de la cámara de combustión, b) la tasa
de generación de entropía y c) la tasa de 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.
C 8 H 18 ()
25 °C
Cámara de
combustión
Productos
Aire
25 °C
T 0 = 298 K
1 atm
·
Q salida
FIGURA P15-90
25 °C
15-91E Benceno gaseoso (C 6 H 6 ) a 1 atm y 77 °F se quema
durante un proceso de combustión de flujo estacionario con
90 por ciento del aire teórico que entra a la cámara de combustión
a 77 °F y 1 atm. Todo el hidrógeno en el combustible
se quema a H 2 O, pero parte del carbono se quema a CO. Se
pierde calor al entorno a 77 °F, y los productos salen de la
cámara de combustión a 1 atm y 1.900 R. Determine a) la
transferencia de calor de la cámara de combustión y b) la destrucción
de exergía.
15-92 Entra propano líquido (C 3 H 8 ) a una cámara
de combustión de flujo estacionario a 25 °C y
1 atm a razón de 0.4 kg/min y se mezcla y quema con 150 por
ciento de exceso de aire que entra a la cámara de combustión
a 12 °C. Si los productos de combustión salen a 1.200 K
y 1 atm, determine a) el flujo másico de aire, b) la tasa de
transferencia de calor de la cámara de combustión y c) la
tasa de generación de entropía durante este proceso. Suponga
T 0 25 °C.
Respuestas: a) 15.7 kg/min, b) 1.732 kJ/min, c) 34.2 kJ/min · K
15-93 Reconsidere el problema 15-92. Usando el software
EES (u otro), estudie el efecto de variar la
temperatura del entorno de 0 a 38 °C sobre la tasa de destrucción
de exergía, y grafíquela como función de la temperatura
del entorno.
15-94 Se quema n-octano (C 8 H 18 ) en un quemador de presión
constante de un motor de avión con 70 por ciento de
exceso de aire. El aire entra a este quemador a 600 kPa y 327
°C, el combustible líquido se inyecta a 25 °C, y los productos
de combustión salen a 600 kPa y 1.227 °C. Determine la
generación de entropía y la destrucción de exergía por unidad
de masa de combustible durante este proceso de combustión.
Tome T 0 25 °C.
15-95 Un motor de automóvil usa alcohol metílico (CH 3 OH)
como combustible, con 200 por ciento de exceso de aire. El
aire entra a este motor a 1 atm y 25 °C. Se mezcla combustible
líquido a 25 °C con este combustible antes de la combustión.
Los productos de escape salen del sistema de escape a 1
atm y 77 °C. ¿Cuál es la cantidad máxima de trabajo en kJ/kg
de combustible que puede producir este motor? Considere T 0
= 25 °C. Respuesta: 22.8 MJ/kg de combustible
CH 3 OH
25 C
200 por ciento
de exceso
de aire
25 C
Cámara de
combustión
1 atm
Q salida
FIGURA P15-95
Productos
77 C
Problemas de repaso
15-96 Una muestra de 1 g de cierto combustible se quema en
un calorímetro de bomba que contiene 2 kg de agua en presencia
de 100 g de aire en la cámara de reacción. Si la temperatura
del agua se eleva en 2.5 °C cuando se establece el equilibrio,
determine el poder calorífico del combustible, en kJ/kg.
15-97E Se quema hidrógeno con 100 por ciento de exceso
de aire que entra a la cámara de combustión a 90 °F, 14.5 psia
y 60 por ciento de humedad relativa. Suponiendo combustión
completa, determine a) la relación aire-combustible y b) el
flujo volumétrico de aire necesario para quemar el hidrógeno
a razón de 25 lbm/h.