solución de ejercicios

7/21/2019 Solución de ejercicios

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EJERCICIO.

1. Para una mezcla de combustibles compuesta por 50% en masa de Metano(CH4), 30% en masa detano (C!H") # !0 % en masa de tileno (C!H4), el

cual es $uemado con un eceso de 15% de aireatmos&'rico con una umedad

del 5% # una temperatura de bulbo seco de !5*C. +eterminar latemperatura

de llama adiabtica correspondiente a la composici-n de e$uilibrio si dica

mezcla decombustibles se alimenta a una temperatura de !5*C # una presi-n

de 1 tm. suma $ue entrelos productos de combusti-n se encuentran las

si/uientes especies C!, C, H!, H!, !, 2!.neo se encuentran las tablas

de propiedades termodinmicas.

C62.

1. Lo primero a desarrollar es la ecuación para hacerle el equilibrio químico y con una

combustión completa.

a) i tenemos1kgdecombustible=¿0.5 KgC H 4 ,0.3 kg C 2 H 6 y 0.2kg C 2 H 4

Los paso a !alores de mol así"

0.5 Kg

16 Kg

Kmol

=0.031 KmoldeC H 4

0.3 Kg

30 Kg

Kmol

=0.01 KmoldeC 2 H 6

0.2 Kg

28 Kg

Kmol

=0.007 KmoldeC 2 H 4

Kmoldecombustible=0.031+0.01+0.007=0.048 Kmol

Y CH 4=0.031kmol

0.048kmol=0.65



Y C 2 H 6=0.031kmol

0.048kmol=0.21

Y C 2 H 4=

0.031kmol

0.048kmol

=0.15

b) #hora se calcula la humedad de entrada. $eniendo en cuenta que en mi entrada ahí

aire seco al 1%& la otra parte es humedad '%&

2.3O2+8.648 N 2=maireseco

maireseco= N O2 M O2+ N N 2 M N 2

kmol32kg/¿

¿kmol

28kg/¿¿

2.3kmol∗¿

maireseco=315.744 Kgas

m H 2O=0.016 Kg H 2O

Kgas

∗(315.744 Kgas)=5.05 Kg H 2O

N H 2O= 5.05 Kg H 2O

18 Kg H 2O/ Kmol=0.28kmol

0.65C H 4+0.21C 2 H 6+0.15C 2 H 4+2.3 (O2+3.76O2 )+0.28 H 2O →

(0.65+0.21+0.15 )CO2+2.58 H 2O+8.648 N 2

c) e reali(a un balance de enería de combustión.

mih i−¿∑ moho=0

QCOMB− W +∑ ¿



d) #quí el traba*o es iual a cero al iual que QCOMB + y de allí se de*a la entalpia

para despe*arla que sería iual a la entalpia de llama adiab,tica.

0= N CO2 (h °f + had−h298 )+ N H 2O ( h° f +had−h298)+ N N 2 (h °f + had−h298 )− N CH 4 (h °f + had−h298 )− N C 2 H

0=(1 ) (−393520+had, CO2−9364)+(2.58 ) (−285830+had, H 20−9904 )+(8.648 ) ( had, N 2−8669)−(0.65 ) (

had ,CO 2+2.58 had, H 20+8.648 had ,N 2=1102221.532k!/kmol

e) e asume que todo es nitróeno y se reali(a el c,lculo.

12.228 had ,N 2=1102221.532k!/kmol

had, N 2=90139.15 k! /kmol

#hora se interpolo para obtener el !alor de la temperatura.

90139.15=88488+( 90328−88488

2700−2650 ) ( "#−2650 )

"#=2694.86 K

-) #hora me !oy por deba*o de ese !alor.

• Con =2600 K

137449+2.58 (114273)+8.648 (86650 )−1102221.532=79401

• Con =2500 K

131290+2.58 (108868 )+8.648 (82981 )−1102221.532=27567.596

• Con =2450 K



128219+2.58 (106183 )+8.648 (81149 )−1102221.532=1726.16

• Con =2400 K

125152+2.58 (103508 )+8.648 (79320 )−1102221.532=−24059.532

#hora reali(o una interpolación y obteno el !alor deseado.

/

023%4.%5 233

3

167.17 2%3

"#=2400+( 2450−2400

1726.16+24059.532 ) (0+24059.532 )

"#=2446.65 K

. #hora se pasa a reali(ar de nue!o los c,lculos con la reacción completa+ incluyendo

todos los productos.

0.65C H 4+0.21C 2 H 6+0.15C 2 H 4+2.3 (O2+3.76O2 )+0.28 H 2O →

$ C O2+YCO+% H 2 O+W H 2+& O2+8.648 N 2

0.65+0.21+0.15= $ +Y =¿1= $ +Y :C

2.6+1.26+0.6+0.56=2% +2W =¿5.02=2% +2W : H

4.6+0.28=2 $ +Y +% +2& =¿4.88=2 $ +Y +% +2& :O

a) #hora utili(amos una temperatura menor 233 8 y con la tabla #6 9:oran ;

aphiro) obteno que"

CO2'CO+1

2O2 Reacti!o.

H 2O'H 2+1

2O2 <roducto.



#hora se arman las ecuaciones para los K (

K (1=¿

K (2=¿

b) #hora saco los !alores de K ( con un !alor de =2400 K

log10 K (1=1.679

acando el antiloaritmo

K (1=47.75

log10 K (2=−2.443

acando el antiloaritmo

K (2=0.0036

c) #hora se asumen los !alores de la reacción.

0.65C H 4+0.21C 2 H 6+0.15C 2 H 4+2.3 (O2+3.76O2 )+0.28 H 2O →

0.77C O2+0.23CO+1.91 H 2O+0.09 H 2+0.16O2+8.648 N 2

d) Lueo inreso los datos en $= ol!er / obteno la reacción de equilibrio.

# continuación los datos inresados en el prorama y despu>s los resultados.

?alores inresados.



@atos obtenidos.

e) Auedando la ecuación de la siuiente -orma.

0.65C H 4+0.21C 2 H 6+0.15C 2 H 4+2.3 (O2+3.76O2 )+0.28 H 2O →

0.87C O2+0.12CO+2.45 H 2O+0.059 H 2+0.27O2+8.648 N 2

-) #hora se hace el c,lculo del nue!o !alor de la temperatura de llama adiab,tica+ con

los !alores obtenidos de la reacción.

e pasa a calcular el nue!o !alor de "#

0= N CO2 (h °f + had−h298 )+ N CO ( h °f +had− h

298)+ N H 2 O (h °f + had−h298 )+ N H 2 (h °f + had−h

298 )+ N O2 (h °

0=(O .87 ) (−393520+had ,CO 2−9364 )+(0.12 ) (−110530+ had, CO−8669 )+(2.45 ) (−285830+had, H 20−9

0.87 had ,CO 2+0.12had, CO+2.45

had, H 20+0.05had, H 2+0.27 had ,O2

+8.648 had, N 2=1028472.612 k!/kmo

e supone ahora que todo es nitróeno para reali(ar el c,lculo.



12.408 had ,N 2=1028472.612 k!/kmol

had , N 2=82887.86k! /kmol

/ ahora se calcula la de de llama adiab,tica a partir de allí.

82887.86=81149+( 82981−81149

2500−2450 )( "#−2450 )

"#=2497.45 K

#hora nos !amos con !alores por deba*o y calculamos el !alor real de "# +

• Con =2400 K

0.87∗(125152 )+0.12∗(80015 )+2.45∗(103508 )+0.05∗(75383 )+0.27∗(83174)+8.648∗(79320)−102

• Con =2350 K

0.87∗(122091 )+0.12∗(78178 )+2.45∗(100846 )+0.05∗(73608 )+0.27∗(81243)+8.648∗(77496)−

• Con =2300 K

0.87∗(119035 )+0.12∗(76345 )+2.45∗( 98199 )+0.05∗(71839 )+0.27∗(79316)+8.648∗(75676)−1028

4290,106

• Con =2250 K

0.87∗(115984 )+0.12∗(74516 )+2.45∗(95562 )+0.05∗(70080 )+0.27∗(77397)+8.648∗(73856)−1028

-21389,834

/

015'4.'52 %3



3

243.137 533

"#=2250+( 2300−2250

4290.106+21389.834 )(0+21389.834 )

"#=2258.35 K

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