Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

844
EQUILIBRIO QUÍMICO Y DE FASE
de carbono cuando sólo están presentes en los productos CO 2 ,
CO, O 2 y N 2 y los productos están a 1 atm y 967 °C.
16-95 Determine la cantidad de calor liberada por kilogramo
de carbono por la combustión del problema 16-94.
Respuesta: 19,670 kJ/kg carbono
16-96 Se quema gas metano con 30 por ciento de exceso de
aire. Este combustible entra a un quemador de flujo estacionario
a 101 kPa y 25 °C, y se mezcla con el aire. Los productos
de combustión salen de este quemador a 101 kPa y 1.600 K.
Determine la composición de equilibrio de los productos de
combustión, y la cantidad de calor liberada por esta combustión,
en kJ/kmol metano.
Q salida
CH 4 Cámara de
25 C
combustión
30 por ciento
de exceso de aire
1 atm
25 C
FIGURA P16-96
CO 2 , H 2 O
NO, O 2 , N 2
1 600 K
16-97E Se quema octano gaseoso con 40 por ciento de
exceso de aire en un motor de automóvil. Durante la combustión,
la presión es de 600 psia y la temperatura llega a 3.600
R. Determine la composición de equilibrio de los productos
de combustión.
C 8 H 18
40 por ciento
de exceso de aire
Cámara de
combustión
600 psia
FIGURA P16-97E
CO 2 , H 2 O
NO, O 2 , N 2
3 600 R
16-98 Se quema gas propano con 20 por ciento de exceso
de aire. La mezcla aire-combustible entra a una cámara de
combustión de flujo uniforme a 1 atm y 25 °C. Los productos
de la combustión salen del reactor a 1 atm y 2 000 K. a)
¿Cuál es la composición de equilibrio (por fracción másica) de
los productos cuando éstos contienen algo de NO? b) ¿Cuánto
calor se libera, en kJ/kg de propano, por este proceso de combustión?
16-99 Se quema uniformemente gas propano a una presión
de 1 atm con un exceso de 10 por ciento de oxígeno suministrado
por el aire atmosférico. Los reactivos entran a una
cámara de combustión de flujo uniforme a 25 °C. Determine
la temperatura final de los productos si la combustión
tiene lugar sin transferencia de calor, y la composición de
equilibrio. Respuestas: 2 034 °C, 3(CO 2 ), 4(H 2 O), 0.470(O 2 ),
0.0611(NO), 20.7(N 2 )
16-100 Una mezcla de 2 moles de H 2 O y 3 moles de O 2 se
calienta a 3.600 K a una presión de 8 atm. Determine la composición
de equilibrio de la mezcla, suponiendo que sólo están
presentes H 2 O, OH, O 2 y H 2 .
16-101 Una mezcla de 3 moles de CO 2 y 3 moles de O 2 se
calienta a 2.600 K a una presión de 1.5 atm. Determine la
composición de equilibrio de la mezcla, suponiendo que sólo
están presentes CO 2 , CO, O 2 y O. Respuestas: 2.803 de CO 2 ,
0.197 de CO, 3.057 de O 2 y 0.823 de 0
16-102 Reconsidere el problema 16-101. Usando el
software EES (u otro), estudie el efecto de la
presión en la composición de equilibrio variando la presión
de 1 atm a 10 atm. Grafique la cantidad de CO presente en el
equilibrio como función de la presión.
_
16-103 Estime la entalpía de reacción hR para el proceso de
combustión de hidrógeno a 2.400 K, usando a) datos de entalpía
y b) datos de K P .
Respuestas: a) 252,377 kJ/kmol, b) 252,047 kJ/kmol
16-104 Reconsidere el problema 16-103. Usando el
software EES (u otro), investigue el efecto de
la temperatura en la entalpía de reacción usando ambos métodos
variando la temperatura de 2.000 a 3.000 K.
_
16-105 Usando los datos de la entalpía de reacción hR y el
valor de K P a 2.800 K, estime el valor de K P del proceso de
disociación O 2 Δ 2O a 3.000 K.
16-106 Un recipiente de volumen constante contiene inicialmente
un kmol de monóxido de carbono CO y 3 kmol
de oxígeno O 2 (no hay nitrógeno) a 25 °C y 3 atm. Ahora se
enciende la mezcla y el CO se quema por completo a dióxido
de carbono CO 2 . Si la temperatura final en el recipiente es de
800 K, determine la presión final en el recipiente y la cantidad
de transferencia de calor. ¿Es realista suponer que no habrá
CO en el recipiente cuando se alcance el equilibrio químico?
16-107 Un refresco carbonatado está totalmente cargado con
gas CO 2 a 17 °C y 600 kPa, de manera que toda la masa de
refresco está en equilibrio termodinámico con la mezcla de CO 2
y vapor de agua. Ahora considere una botella de soda de 2 L.
Si el gas CO 2 en esa botella se fuera a liberar y a almacenar en
un contenedor a 20 °C y 100 kPa, determine el volumen del
contenedor.
16-108 Se quema alcohol etílico (C 2 H 5 OH(g)) a 25 °C
en una cámara de combustión adiabática de
flujo estacionario con 90 por ciento de exceso de aire que
también entra a 25 °C. Determine la temperatura de flama
adiabática de los productos a 1 atm, suponiendo que la única
reacción significativa de equilibrio es CO 2 CO 1O 2 2 . Grafique
la temperatura de flama adiabática al variar el porcentaje
de exceso de aire de 10 a 100 por ciento.
16-109 Se desea controlar la cantidad de CO en los
productos de combustión de octano C 8 H 18 , de
modo que la fracción volumétrica de CO en los productos sea
menor de 0.1 por ciento. Determine el porcentaje de aire teórico
necesario para la combustión del octano a 5 atm de modo
que las temperaturas de los reactivos y de los productos sean
298 K y 2.000 K, respectivamente. Determine la transferencia
de calor por kmol de octano para este proceso si la combustión
ocurre en una cámara de combustión de flujo estaciona-