1.2 Teoría combustión - Información PDF

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ENTALPIA DE FORMACION La entalpía de formación es el cambio que sufre la entalpía, en la formación de un mol de un compuesto o sustancia en condiciones estándar (1 Atm, 25°C). La formación se refiere al estado de agregación (sólido, líquido o gaseoso) más común de las sustancias en las condiciones estándar de presión y temperatura. Por otra parte, como la entalpía es una función termodinámica extensiva, el calor de formación siempre se refiere a un mol del compuesto formado. Si la reacción de formación es exotérmica, entonces la entalpía de formación es negativa, porque el calor sale del sistema donde se verifica la reacción. Por el contrario si la reacción de formación es endotérmica, entonces la entalpía de formación es positiva, porque el calor entra al sistema donde se verifica la reacción. La entalpía de formación es muy importante para el INGENIERO QUIMICO, ya que es un valor que se debe conocer para todos los procesos químicos productivos, a nivel laboratorios e industrias químicas. En una ecuación termoquímica de formación no solo deben indicarse los reactivos y los productos. En primer lugar es necesario que la ecuación química esté balanceada de forma tal que la cantidad del compuesto formado sea siempre 1 mol. Además en la ecuación química debe indicarse el estado de agregación de los reactivos y los productos. De ser necesario, también debe indicarse la forma alotrópica de los mismos, ya que el calor de formación depende de todos estos factores. En una ecuación termoquímica de formación debe indicarse también la entalpía de formación. Algunos ejemplos de ecuaciones termoquímicas bien especificadas: H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (g) ; ΔH0f = -241,820 KJ/mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l) ; ΔH0f = -285,830 KJ/mol H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (s) ; ΔH0f = -292,600 KJ/mol Nota: Las literales empleadas son: gas (g), líquido (l) y sólido (s). El calor de reacción puede ser hallado de varias formas:  de manera teórica  de manera experimental (calorímetros) La entalpía estándar de formación, se denota de la manera siguiente: 0

∆ hf

La cual nos indica el calor de formación de todos los compuestos para condiciones estándares. Como regla se convino que los valores de las entalpías estándar de formación a 25°C (298 °K), para elementos en su forma más estable (por ejemplo O2, N2, H2, C), se les asignara el valor de cero. Por lo tanto, se puede calcular la Entalpia de reacción estándar, como la diferencia entre la sumatoria de las entalpías de formación de productos, menos la sumatoria de las entalpías de formación de los reactantes. i, ∏ ¿ ∆ h∏ ¿ −∑ n i ,REACT ∆ hREACT n¿ 0 ∆ h REACCION =∑ ¿ 0

0

Existe un caso de la entalpía de formación que es importante para el INGENIERO MECANICO, es la entalpía de formación por combustión, un proceso exotérmico donde el calor que sale del sistema de reacción es aprovechado para utilizarlo en transformaciones de energía con objeto de producir trabajo.

Entalpía de combustión Una reacción de combustión (completa) se realiza en presencia del oxígeno gaseoso (O 2) presente en el aire atmosférico inyectado y produce dióxido de carbono (CO 2) y agua (H2O). Se define entalpía de combustión, al calor liberado por la combustión de 1 mol de sustancia en presencia de suficiente oxígeno. Siempre las reacciones de combustión liberarán calor, por lo tanto serán reacciones exotérmicas. En un proceso de combustión la formación de CO2 y H2O, la entalpía de formación de estos productos señala que se libera calor a partir de sus elementos estables. Para el caso de la combustión, las entalpías de formación de las sustancias, se encuentran en el libro de texto Termodinámica de Cengel en las Tablas A-26, página 948 y A-26E, pagina 995. En la Ingeniería Mecánica para la combustión, en lugar de referirnos a entalpia de formación empleamos el termino PODER CALORIFICO del combustible.

PODER CALORIFICO El poder calorífico del combustible se define como la cantidad de calor liberado cuando un combustible se quema por completo en forma estable y sus productos vuelven al estado de los reactivos (1 Atm y 25°C), entonces el PC es igual al valor absoluto de la entalpia de formación de los productos de la combustión del combustible. PC=|hC| en

KJ Kg

El valor del poder calorífico depende de la fase del agua (H2O) presente en los productos, estos valores que utilizamos se nombran: poder calorífico superior PCS y poder calorífico inferior PCI.

PODER CALORIFICO SUPERIOR El poder calorífico recibe el nombre de SUPERIOR cuando el agua ( H2O) en los productos está en forma líquida. Si el sistema termodinámico puede aprovechar la energía contenida en el vapor de agua que proviene de quemar el Hidrogeno del combustible, se emplea el PCS, un ejemplo de sistema termodinámico es el caso de los generadores de vapor de las plantas térmicas.

PODER CALORIFICO INFERIOR El poder calorífico recibe el nombre de INFERIOR cuando el agua ( H2O) en los productos está en forma de vapor. En los motores térmicos, tales como los motores de combustión interna y las turbinas de gas, los gases de escape que son los productos de la combustión se encuentran siempre a alta temperatura, siempre muy por arriba de la temperatura de rocío, por lo que nunca se condensara el agua formada a partir del Hidrogeno del combustible, se emplea el PCI. Ambos poderes caloríficos se relacionan como indica la siguiente ecuación: PCS=PCI +m H 2 O hfg @ 25 ° C

Los valores de los poderes caloríficos de algunos combustibles, se encuentran en el libro de texto Termodinámica de Cengel en las Tablas A-27, página 949 y A-27E, página 996....