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Título de la tarea: Reacción química y combustión Nombre Alumno: Francisco Javier Cornejo Cerda Nombre Asignatura: Termodinámica Instituto IACC 06 de abril del 2020Desarrollo 1- Se quema metano (CH4) con aire seco. El análisis de los productos en base seca es de 5,20% de CO2, 0,33% de CO, 11,24% de ...

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Título de la tarea: Reacción química y combustión Nombre Alumno: Francisco Javier Cornejo Cerda Nombre Asignatura: Termodinámica Instituto IACC 06 de abril del 2020

Desarrollo 1- Se quema metano (CH4) con aire seco. El análisis de los productos en base seca es de 5,20% de CO2, 0,33% de CO, 11,24% de O” y 83,2% de N2. Determine a) La relación aire – combustible Moles Nch4 = nco2 + nco = 5,20 + 0,33 = 5,53 moles O2 usado = 2nco2 + 1,5 nco + no2 sale = 2(5,20) + 1,5(0,33) + 11,24 = 22,135 moles N aire seco = N02 / 0,21 = 22,135 / 0,21 = 105,4 moles O2 teorico = 2(5,2) + 1,5 (0,33) = 10,89 moles Relación A – C = n aire * Maire / nch4 * Mch4 Relación A – C = 105,4 * 28,97 / 5,53 * 16 = 34,51 kg aire / kg combustible

b) El porcentaje usado del aire teórico. Porcentaje = n 02 usado / n02 teórico = 22,135 / 10,8695 = 203,2 %

2- Determine la entalpia de combustión del metano (CH4) a 25°C y 1 at,, usando los datos de entalpia de formación de la tabla termodinámica A-26. Suponga que el agua en los productos se encuentra en fase liquida. Compare su resultado con el valor listado en la tabla A-27

∆ hc=( ∑ n ∆ hf 1) producto -

¿(∑ n ∆ hf ) reactantes.

1mol ch 4∗∆ hf 1+2 mol 02 ∆ hf 1 02 ∆ hc= (1 mol co 2∗∆ hf 1 co 2 ) + ( 2 mol h 2 o∗∆ hf 1 ho 2) −¿

(

(

)

(

)) (

(

)

kj kj kj ∆ hc= 1 mol co 2 −393,51 +2mol h2 o −285,84 − 1 mol ch 9 −74,84 +2 mol 02∗0 mol mol mol ∆ hc=−890,35

kj kj mol =−55645 ∗1 kg 1 kg mol

tabla A−27=−890,4

kj mol kj ∗1 =55530 mol 1 kg kg

3- Se quema metano (CH4) con 300% de aire en un contenedor adiabático de volumen contante. 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.

N teorico = 2 kmol No2 ingresa =(300 + 100) %(2) = 8 kmol Ch4 + 8 (o2 + 3,76 N2) = CO2 + 2H2o + 602 + 30,095 N2 Balance de energía V = constante Trabajo frontera = w = 0 a abatico = Q = 0 Hp = Hr

∑ ❑ Np ( h° f +h−h298− pv ) =∑ ❑ Nr ( h ° f +h−h 298− pv ) Gas idela pv = RuT

)

∑ ❑ Np ( h° f +h−h298−RuT )=∑ ❑ Nr (h ° f +h−h298− RuT )

0+h n 2− 866−8,314 t=(−74850+h −h 298−8,314 ( 298 ) ) +8 ( 0+ h−h 298 −8,314 ( 298 ) ) 30,095 ( 0+h−h 298− ( −39552+h co 2−9364 −8,314 t )+2 (− 241820+ h h 2o−9904 − 8,314 t) +6 ( 0+ h 02−8682−8,314 t )+3 h co2 + 2 h h2o + 6 h o2 + 30,095 h n2 – 325,03 t = 1047606,87 kj Por lo tanto 1 + 2 + 6 + 30,095 / 1047606,87 kj / = 26796,4 kmol Según tabla N2 T = 1200 k T = 1200 k 53848 + 2(44380) + 6(38447) + 30,095 (36777) – 325,035(1200) = 1090051,815 kj T = 1100 k 48258 + 2(40071) + 6 (34899) + 30,095 (33426) – 325,035(1100) = 986210,97 kj Se interpola T2 = 1160 k V = constante P1/n1 T1 = P2 / n2 T2 Gases ideales Ch4 + 8(O2 + 3,76 N2) = CO2 + 2 H2O + 60 2 + 30,095 N2 N1 = nf = 1 + 8 (1+3,76) = 39,095 kmol N2 = NP = 1 + 2 + 6 + 30,095 = 39,095 kmol P1 / T 1 = P2 / T2 1 / 298 = P2 / 1160 P2 = 3,98 atm

4- Se quema propano (C3H8) gaseoso en proceso de flujo estacionario a presión constante a 100 kPa, ocn 200% de aire teórico. Durante el proceso de combustión, 90% del carbono en el combustión se convierte en CO2 y 10% se convierte en CO. Determine. a) La ecuación de combustión balanceada N co2 = 3(0,9% nc3h8) = 2,7 mol Nco = 3(0,1 nc3h8) = 0,3 mol 3 ( 2,7 ) + 3,5 ( 0,3 )=4,85 moles 5 5

Nco =

Aire teórico = 200% 200%(4,85) = 9,7 moles (n02) ingresa =

N h2o =

79 79 ( no 2 ) ingresa= ( 9,7 )=36,49 moles 21 21

4 4 4 4 ( no 2 ) + nco= ( 2,7 )+ ( 0,3) =4 moles 3 3 3 3

C 3 h8 (g) + 9,7 o2 (g) = 2,7 CO2 (g) + 0,3 CO(g) + 4,85 o2 (g) + 4 H20 (l)

b) La temperatura de punto de roció del producto en °C N t = n co2 + n co + n o2 + n n2 + n h2o Nt = 2,7 + 0,3 + 4,85 + 36,49 + 4 N t = 48,34 moles Pv = n

Pv =

h2 o ∗P nt

4 ∗100 = 8,27 kPa 48,34 Según tabla P (kPa) 7,5 / 10

T° 40,29 / 45,81 T pr = 42,0°C

c) La transferencia de calor de la cámara de combustión de kJ, después de que 100 kmol de combustión se quema cuando los reactivos entran a la cámara de combustión a 25°C y los productos se enfrían a 25°C Base = 10 kmol de combustible = 105 mol Entalpia de la reacción kj mol

C 3 H8 + 5 o2 = 3 CO2 (g) + 4 H2O – 103,85 – 393,52 – 285,83

∆ Hreaccion = 4(-285,83) + 3(393,52) + 103,85 = -2220,03

kj mol

C 3 H8 + 3,5 o2 = 3 CO2 (g) + 4 H2O – 103,85 – 110,53 – 285,83

kj mol

∆ Hreaccion=3 ( −110,53 )+4 (−285,83 )+ 103,85=−1371,06∗¿ 105

kj mol

∆ Hglobal=¿ 90% (-2220,03)* 105 + 10%(-1371,06)* 105 = -2135 * 108

Por lo tanto sale 2,135 * 108 kJ

Bibliografía IACC (2018).Reacción química y combustión . Termodinámica. Semana 8...