Asignación 27

Asignación 27
15-12C ¿Qué representa el 100 por ciento del aire teórico?
R: Representa la cantidad de aire que contiene la cantidad exacta de oxígeno necesaria para la
combustión completa.
15-58 Se quema combustible de propano (C3H8) con una relación aire-combustible de 18 en un horno
de calentamiento a presión atmosférica. Determine la transferencia térmica por kilogramo de
combustible quemado cuando la temperatura de los productos es tal que el agua líquida apenas
comienza a formarse en los productos.
R: El propano se quema con una relación aire-combustible de 18. La transferencia de calor por kilogramo
de combustible quemada cuando la temperatura de los productos es tal que el agua líquida apenas
comienza a formarse en los productos está por determinarse.
Suposiciones 1 Existen condiciones de funcionamiento estables. 2 Los gases de aire y combustión son
gases ideales. 3 Las energías cinéticas y potenciales son insignificantes. 4 La combustión está completa.
5 Los reactivos están a 25°C y 1 atm. 6 El combustible está en fase de vapor.
Propiedades Las masas molares de propano y aire son de 44 kg/kmol y 29 kg/kmol, respectivamente
(Tabla A-1).
Análisis La masa de aire por kmol de combustible es
Q
C3H8
Cámara de
combustión Productos
25°C
Aire
Tdp
25° P = 1 atm
C
maire =( AF ) m combustible
(
¿ 18
kg aire
kg combustible
1∗44 )( kg
kmol combustible )
kg aire
¿ 792
kmol combustible
El número de lunares de aire por kmol de combustible es entonces

kg aire
792
maire kmol combustible kmol aire
N aire = = =27,31
M aire kg aire kmol combustible
29
kmol aire
La ecuación de combustión se puede escribir como
C3 H8+ ( 27,31
4,76 ) ( O +3,76 N ) →3 CO + 4 H O+ x O +(
2 2 2 2
4,76 )
27.31
2 ∗3,76 N 2
El coeficiente de CO se obtiene del saldo de O2:
( 27,31
4,76 )
=3+ 2+ x → x =0,7374
Sustituyendo,
C 3 H 8 +5,7374 ( O2 +3,76 N 2 ) →3 CO 2+ 4 H 2 O+ 0,7374 O2+ 21,57 N 2
La fracción molar de agua en los productos es
NH O
yv= 2
4 kmol 4 kmol
N ∏ ¿= = =0,1365 ¿
( 3+4 +0,7374+ 21,57 ) kmol 29,31 kmol
La presión parcial del vapor de agua a 1 atm de presión total es
Pv = y v P=( 0,1365 )( 101,325 kPa )=13,83 kPa
Cuando esta mezcla está a la temperatura del punto de rocío, la presión del vapor de agua es la misma
que la presión de saturación. Entonces,
T dp =T sat @ 13,83kPa =52,3° C ≅ 325 K
La transferencia de calor para este proceso de combustión se determina a partir del equilibrio
energético Eentrada −Esalida =∆ Esistema aplicado en la cámara de combustión con W = 0. Se reduce a
−Qsalida =∑ N P ( h ° f + h−h ° ) P−∑ N R ( h ° f + h−h ° ) R
Suponiendo que el aire y los productos de combustión sean gases ideales, tenemos h=h(T ). De las
mesas,
Sustancia h°f h298 K h325 K

kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol
C3H8 -103,850 --- ---
O2 0 8682 9473
N2 0 8669 9452
H2O (g) -241.820 9904 10.808
CO2 -393.520 9364 10.378
Sustituyendo,
−Qsalida =( 3 )(−393.520+10.378−9364 )+ ( 4 )(−241.820+10.808−9904 )+ ( 0,7374 ) ( 0+9473−8682 ) + ( 21,57 ) ( 0+94
kJ
Qsalida =2.019 .860 C H
kmol 3 8
A continuación, la transferencia de calor por kg de combustible es
kJ
2.019 .860 combustible
Q out kmol kJ
Qout = = =45.900 C 3 H 8
M combustible kg kg
44
kmol
15-88C Exprese el principio de incremento de entropía para sistemas químicos reactantes.
R: Suponiendo que el sistema intercambie calor con el entorno en T 0, el principio de aumento de la

entropía se puede expresar como
Q salida
S gen=∑ N P s P−∑ N R s R +
T0
15-90C ¿Qué representa la función de Gibbs go de formación de un compuesto?
R: Representa el trabajo reversible asociado con la formación de ese compuesto.
15-121 Se quema n-octano (C 8H18 (g)) con la cantidad estequiométrica de aire. Determine el trabajo
máximo que se puede producir, en kJ/kg combustible, cuando el aire, el combustible y los productos
están todos a 25° y 1 atm.
R: El octanaje se quema con una cantidad estoquiométrica de aire. Se debe determinar el trabajo
máximo que se puede producir.
Las suposiciones 1 Combustión están completas. 2 Existen condiciones de funcionamiento estables. 3 El

aire y los gases de combustión son gases ideales. 4 Los cambios en las energías cinéticas y potenciales
son insignificantes.
Análisis La ecuación de combustión es

C8H18
1 atm, 25°C Cámara de Productos

combustión
Aire
1 atm, 25°C
C 8 H 18 +12,5 ( O2+ 3,76Estequiométrico
N 2 ) → 8 CO2 +9 H 2 O+ 47 N 2
1 atm, 25°C
Los reactivos y productos están a 25°C y 1 atm, que es el estado de referencia estándar y también el
estado de los alrededores. Por lo tanto, el trabajo reversible en este caso es simplemente la diferencia
entre la función Gibbs de formación de los reactivos y la de los productos,
W rev =∑ N R ḡ f ,R −∑ N P ḡ f , P
¿ ( 1 ) (16.530 )+ ( 8 )(−394.360 )( 9 )(−228.590 )
¿ 5.228 .720 kJ ( por kmol de combustible )
ya que el ḡf o de elementos estables a 25°C y 1 atm es cero. Por unidad de masa,
kJ
5.228.720
kmol kJ
W rev = =45.870 combustible
kg kg
114
kmol

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15-12C ¿Qué representa el 100 por ciento del aire teórico?

Análisis La masa de aire por kmol de combustible es

El número de lunares de aire por kmol de combustible es entonces

La ecuación de combustión se puede escribir como

El coeficiente de CO se obtiene del saldo de O2:

C 3 H 8 +5,7374 ( O2 +3,76 N 2 ) →3 CO 2+ 4 H 2 O+ 0,7374 O2+ 21,57 N 2

La fracción molar de agua en los productos es

La presión parcial del vapor de agua a 1 atm de presión total es

Pv = y v P=( 0,1365 )( 101,325 kPa )=13,83 kPa

T dp =T sat @ 13,83kPa =52,3° C ≅ 325 K

−Qsalida =∑ N P ( h ° f + h−h ° ) P−∑ N R ( h ° f + h−h ° ) R

Sustancia h°f h298 K h325 K

−Qsalida =( 3 )(−393.520+10.378−9364 )+ ( 4 )(−241.820+10.808−9904 )+ ( 0,7374 ) ( 0+9473−8682 ) + ( 21,57 ) ( 0+94

A continuación, la transferencia de calor por kg de combustible es

15-88C Exprese el principio de incremento de entropía para sistemas químicos reactantes.

R: Suponiendo que el sistema intercambie calor con el entorno en T 0, el principio de aumento de la

15-90C ¿Qué representa la función de Gibbs go de formación de un compuesto?

R: Representa el trabajo reversible asociado con la formación de ese compuesto.

Las suposiciones 1 Combustión están completas. 2 Existen condiciones de funcionamiento estables. 3 El

Análisis La ecuación de combustión es

1 atm, 25°C Cámara de Productos

¿ ( 1 ) (16.530 )+ ( 8 )(−394.360 )( 9 )(−228.590 )

¿ 5.228 .720 kJ ( por kmol de combustible )

ya que el ḡf o de elementos estables a 25°C y 1 atm es cero. Por unidad de masa,

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