Reacciones químicas y combustión

 TERMODINÁMICA          

 TAREA SEMANA          8

NOMBRE: Reacciones químicas y combustión 

RECURSOS NECESARIOS PARA REALIZAR LA TAREA:  

1. Contenidos de la semana 8 – Reacciones químicas y combustión.  
2. Recursos adicionales: Tablas de propiedades termodinámicas, Ejemplos y ejercicios resueltos.

INSTRUCCIONES: 

1. Leer la tarea: Reacciones químicas y combustión
2. Leer contenidos de la semana 8.
3. Revisar el material complementario disponible en recursos adicionales.
4. Las respuestas a las preguntas de la tarea deben ser una elaboración propia. Usted se apoyará en los contenidos de la semana y también puede hacerlo con otros textos, pero siempre debe identificar los autores y citar las fuentes. Recuerde agregar la bibliografía al final del control en formato APA. Cuide su redacción y ortografía. Puede consultar en el Foro Novedades el documento de Normas APA. 

DESARROLLO DE LA TAREA:

• Se quema n-octano (C8H18) con 100 % de exceso de aire, y 15 % del carbono en el combustible forma monóxido de carbono. Calcule (2 puntos):

1. las fracciones molares de los productos y
2. la temperatura de punto de rocío del vapor de agua en los productos cuando éstos están a una presión de 1 atm.

[pic 1]

C: [pic 2]

H: [pic 3]

O2: [pic 4]

N2: [pic 5]

Por lo tanto la ecuación correctamente balanceada seria:

[pic 6]

Ahora con la ecuación de combustión para un 100% exceso de aire y con una combustión incompleta donde el carbono el 15% queda como CO quedaría de la siguiente manera:

[pic 7]

El coeficiente para el oxigeno O2 se calcula mediante un balance de masa:

O2:  [pic 8]

Sustituyendo nuevamente en la ecuación quimica:

[pic 9]

La fracción molar de los productos se calcula:

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

Ahora para el calculo de temperatura de rocio, calculamos la presión parcial del agua  producto de la combustión del combustible cuando están a una presión de 1 atm.

[pic 16]

Por lo tanto, utilizando la siguiente tabla vemos la temperatura de rocio.

[pic 17]

• Compare la temperatura adiabática de la llama del combustible de propano (C3H8) cuando se quema con la cantidad estequiométrica de aire y cuando se quema con 50 % de exceso de aire. Los reactivos se encuentran a 25 °C y 1 atm. (2 puntos).

Se realiza primero el balance de la ecuación estequiométrica:

[pic 18]

Cálculo de variables estequiométricas:

C: [pic 19]

H: [pic 20]

O2: [pic 21]

N2: [pic 22]

Por lo tanto la ecuación correctamente balanceada seria:

[pic 23]

Ahora de la siguiente tabla y utilizando la ecuación de balance de energía:

[pic 24]

[pic 25]

Reemplazamos:

[pic 26]

[pic 27]

Se realiza a continuación un ensayo de prueba y error para determinar las entalpias de cada compuesto. Primero se calcula la entalpia dividiendo la entalpia del lado derecho por la suma de los moles del lado izquierdo.

[pic 28]

Con este valor relacionamos la entalpia con la temperatura del N2 ya que es el compuesto mas grande en el aire. La diferencia de temperatura entre lo solicitado y del N2 son cercanamente iguales. Por ello utilizaremos las tablas termodinámicas de N2 para la obtención de temperatura.

Por lo tanto, con una entalpia de 88.165,71 Kj/Kg tenemos una temperatura de 2.650°K aproximadamente.

Con 2500 K:

[pic 29]

[pic 30]

Con 2400K:

[pic 31]

[pic 32]

Con 2350K:

[pic 33]

[pic 34]

Ahora como los valores se encuentran entre los 2400 K y 2350 K, entonces interpolamos para obtener temperatura adiabática:

[pic 35]

Ahora se realiza el mismo procedimiento cuando el propano tiene una combustión con un 50% de excedente de aire. Se balancea la ecuación:

[pic 36]

Cálculo de variables estequiométricas:

C: [pic 37]

H: [pic 38]

O2: [pic 39]

Por lo tanto la ecuación correctamente balanceada seria:

[pic 40]

Ahora de la siguiente tabla y utilizando la ecuación de balance de energía:

[pic 41]

[pic 42]

Reemplazamos:

[pic 43]

[pic 44]

Se realiza a continuación un ensayo de prueba y error para determinar las entalpias de cada compuesto. Primero se calcula la entalpia dividiendo la entalpia del lado derecho por la suma de los moles del lado izquierdo.

[pic 45]

Con este valor relacionamos la entalpia con la temperatura del N2 ya que es el compuesto mas grande en el aire. La diferencia de temperatura entre lo solicitado y del N2 son cercanamente iguales. Por ello utilizaremos las tablas termodinámicas de N2 para la obtención de temperatura.

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