IQ.05.03 Taller 13

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y DE LA SALUD

INGENIERÍA QUÍMICA
TERMODINÁMICA APLICADA
TALLER N°13
DATOS INFORMATIVOS:
DOCENTE: Ing.Quim.Maria Elena Yanez Romero

FECHA: 23-08-2022
INTEGRANTES: Astudillo Jordi, Cabrera Jair, Espinoza Cristina, Feijoo Diego,

Miranda Bryan, Romero Ricardo, Sanchez Jesús, Valarezo Edwin, Zhigue Lisbeth.
CURSO: Quinto Semestre “A”

ASIGNATURA: Termodinámica Aplicada
EJERCICIO 15-60
Se quema metano (𝑪𝑯𝟒) por completo con la cantidad estequiométrica de aire durante un
proceso de combustión de flujo estacionario. Si tanto los reactivos como los productos se
mantienen a 𝟐𝟓 °𝑪 y 𝟏 𝒂𝒕𝒎 y el agua en los productos existe en forma líquida, determine la
transferencia térmica de la cámara de combustión durante este proceso. ¿Cuál sería su
respuesta si la combustión se llevara a cabo con 𝟏𝟎𝟎% de exceso de aire?
CONSIDERACIONES
 Flujo estacionario
 Los cambios de Ec y Ep son despreciables

 Combustión completa
 Cada mol de oxígeno va acompañado de 3.76 moles de nitrógeno
 Nitrógeno es inerte
 El aire y los gases de combustión, los considero como gases ideales (aplicación de la ecuación
de los gases ideales), con excepción del agua.
 No hay interacción de trabajo
DESARROLLO
𝐶𝐻4 + 𝐚 (𝑂2 + 3.76𝑁2) → b 𝐶𝑂2 + 𝒄 𝐻2𝑂 + 𝒅 𝑁2
𝑹𝑬𝑨𝑪𝑻𝑰𝑽𝑶𝑺 = 𝑷𝑹𝑶𝑫𝑼𝑪𝑻𝑶𝑺
𝐶 1=𝐵
𝐻 4 = 2𝐶
𝑂 2𝐴 = 2𝐵 + 𝐶
𝑁 𝐴 3.76 × 2) = 2𝐷
(
4 = 2𝐶 2𝐴 = 2𝐵 + 𝐶 𝐴 (3.76 × 2) = 2𝐷
4 2𝐴 = 2 (1) + 2 2(3.76 × 2) = 2𝐷
=𝐶
2 4 15.04 = 2𝐷
2=𝐶 𝐴=
2 15.04
𝐴=2 =𝐷
2
7.52 = 𝐷
𝑪𝑶𝑬𝑭𝑰𝑪𝑰𝑬𝑵𝑻𝑬𝑺
𝑨 2
𝑩 1
𝑪 2
𝑫 7.52
𝑪𝑯𝟒 (𝐠) + 𝟐 (𝑶𝟐 + 𝟑. 𝟕𝟔𝑵𝟐) (𝐠) → 𝟏 𝑪𝑶𝟐 (𝐠) + 𝟐 𝑯𝟐𝑶(𝒍) + 𝟕. 𝟓𝟐 𝑵𝟐 (𝒈)
̅̅̅𝐨 en la Tabla A-26 de Yunus A. Cengel

Lecturas de 𝐡 𝐟
̅̅̅
𝒉𝒐𝒇 𝑪𝑯𝟒 −74 850 𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙
̅̅̅
𝒉𝒐𝒇 𝑪𝑶𝟐 −393 520 𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙
̅̅̅
𝒉𝒐𝒇 𝑯𝟐𝑶 −285 830 𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙
̅̅̅𝒐 = ∑ 𝑵𝑹 (̅̅̅
∆𝒉 𝒉𝒐𝒇 + ℎ̅ − ℎ̅ 𝑜 )𝑟 − ∑ 𝑵𝑷 (̅̅̅
ℎ𝒐𝒇 + ℎ̅ − ℎ̅ 𝑜 )𝑝
𝒇
̅̅̅𝒐 = ∑𝑵𝑹 (̅̅̅

∆𝒉 𝒉𝒐𝒇 )𝑟 − ∑ 𝑵𝑷 (̅̅̅
ℎ𝒐𝒇 )𝑝
𝒇
̅̅̅𝒐 = [𝒉
∆𝒉 ̅̅̅𝒐 𝑪𝑶𝟐 (𝒈) + 𝟐 (𝒉
̅̅̅𝒐 𝑯𝟐𝑶 (𝒍))] − [̅̅̅
𝒉𝒐𝒇 𝑪𝑯𝟒 (𝒈)]
𝒇 𝒇 𝒇
̅̅̅𝒐 = [−393 520 𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙 + 2(−285 830 𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙)] − [−74 850 𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙]
∆𝒉 𝒇
̅̅̅𝒐 = −𝟖𝟗𝟎 𝟑𝟑𝟎 𝒌𝑱

∆𝒉 𝒇
𝒌𝒎𝒐𝒍
EJERCICIO 15.89
Etileno (𝑪 𝟐 𝑯 𝟒 ) gaseoso entra a una cámara de combustión adiabática a 25 °C y 1 atm, y se
quema con 20 por ciento de exceso de aire que entra a 25 °C y 1 atm. La combustión es
completa, y los productos salen de la cámara de combustión a la presión de 1 atm.
Suponiendo To=25 °C, determine:
a. La temperatura de los productos.
b. La generación de entropía
c. La destrucción de exergía.
CONSIDERACIONES:
 Cada mol de oxígeno del aire de combustión va acompañado de 3,76 moles de nitrógeno,
que es inerte.
 El nitrógeno es inerte.
 La combustión es completa.
DESARROLLO:
Literal A
𝐶2𝐻4(𝑔) + 𝑎(𝑂2 + 3.76𝑁2) → 𝑏(𝐶𝑂2) + 𝑐(𝐻2𝑂) + 𝑑(𝑁2)

Reactivos = productos Coeficientes
C 2=b a 3
H 4 = 2c b 2
O 2a = 2b+c c 2
N 3.76a = d d 7.52
𝐶2𝐻4(𝑔) + 3(𝑂2 + 3.76𝑁2) → 2(𝐶𝑂2) + 2(𝐻2𝑂) + 7.52(𝑁2)
Ecuación con el 20% de aire en exceso

3 = 100%
𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛 120 % 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒, 𝑑𝑎𝑑𝑜 𝑎 𝑞𝑢𝑒 ℎ𝑎𝑦 𝑢𝑛 20% 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜
120 % = 1.2
𝐶2𝐻4(𝑔) + 1.2[3(𝑂2 + 3.76𝑁2)] → 𝑏(𝐶𝑂2) + 𝑐 (𝐻2𝑂) + 𝑑(𝑁2) + 𝑒(𝑂2)
𝐶2𝐻4(𝑔) + 3.6(𝑂2 + 3.76𝑁2) → 𝑏(𝐶𝑂2) + 𝑐(𝐻2𝑂) + 𝑑(𝑁2) + 𝑒(𝑂2)
Reactivos = productos Coeficientes
C 2=b b 2
H 4 = 2c c 2
O 3.6 (2) = 2b+c+2e d 13.54
N (3.6) 3.76 = d e 0.6
𝐶2𝐻4(𝑔) + 3.6(𝑂2 + 3.76 𝑁2) → 2(𝐶𝑂2) + 13.54 (𝑁2) + 0.6 (𝑂2 )
Las lecturas de tabla se realizaron con las tablas de Cengel-Yunus:
Lectura de Tabla A-26 entalpia de Lectura de Tablas A-18, A-19, A-20, A-23
formación a 25°C, 1 atm (𝑘𝐽/𝐾𝑚𝑜𝑙) (𝑘𝐽/𝐾𝑚𝑜𝑙)
𝐶 _______
𝐶𝑂2 −393520 9364
𝐻2 𝑂 −241820 9904
𝑁2 0 8669
𝑂2 0 8692
𝑘𝐽
− 9364) ( 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 )
2 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2(−393520 + ℎ̅
𝑘𝐽
+2 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂(−241820 + ℎ̅ − 9904) ( 𝐻 𝑂)
𝑘𝑚𝑜𝑙 2
𝑘𝐽
+13.54 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑁2(0 + ℎ̅ − 8669) ( 𝑁 )
𝑘𝑚𝑜𝑙 2
𝑘𝐽
+0.6 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑂2(0 + ℎ̅ − 8692) ( 𝑂)
𝑘𝑚𝑜𝑙 2
𝑘𝐽
= 1𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4 (𝑔)(52280) ( 𝐶 𝐻 (𝑔))
𝑘𝑚𝑜𝑙 2 4
2ℎ̅𝐶𝑂2 + 2ℎ̅𝐻2𝑂 + 13.54ℎ̅𝑁2 + 0.6ℎ̅𝑂2 = 1494083 𝐾𝐽
Por ensayo y error, se determinó el siguiente valor de la temperatura de los productos:
𝑇𝑝𝑟𝑜𝑑 = 2269.6 𝐾

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DOCENTE: Ing.Quim.Maria Elena Yanez Romero

INTEGRANTES: Astudillo Jordi, Cabrera Jair, Espinoza Cristina, Feijoo Diego,

CURSO: Quinto Semestre “A”

mantienen a 𝟐𝟓 °𝑪 y 𝟏 𝒂𝒕𝒎 y el agua en los productos existe en forma líquida, determine la

transferencia térmica de la cámara de combustión durante este proceso. ¿Cuál sería su

respuesta si la combustión se llevara a cabo con 𝟏𝟎𝟎% de exceso de aire?

 Los cambios de Ec y Ep son despreciables

 Cada mol de oxígeno va acompañado de 3.76 moles de nitrógeno

de los gases ideales), con excepción del agua.

 No hay interacción de trabajo

𝐶𝐻4 + 𝐚 (𝑂2 + 3.76𝑁2) → b 𝐶𝑂2 + 𝒄 𝐻2𝑂 + 𝒅 𝑁2

𝑪𝑯𝟒 (𝐠) + 𝟐 (𝑶𝟐 + 𝟑. 𝟕𝟔𝑵𝟐) (𝐠) → 𝟏 𝑪𝑶𝟐 (𝐠) + 𝟐 𝑯𝟐𝑶(𝒍) + 𝟕. 𝟓𝟐 𝑵𝟐 (𝒈)

̅̅̅𝐨 en la Tabla A-26 de Yunus A. Cengel

̅̅̅𝒐 = ∑𝑵𝑹 (̅̅̅

̅̅̅𝒐 = −𝟖𝟗𝟎 𝟑𝟑𝟎 𝒌𝑱

Etileno (𝑪 𝟐 𝑯 𝟒 ) gaseoso entra a una cámara de combustión adiabática a 25 °C y 1 atm, y se

completa, y los productos salen de la cámara de combustión a la presión de 1 atm.

Suponiendo To=25 °C, determine:

a. La temperatura de los productos.

𝐶2𝐻4(𝑔) + 𝑎(𝑂2 + 3.76𝑁2) → 𝑏(𝐶𝑂2) + 𝑐(𝐻2𝑂) + 𝑑(𝑁2)

𝐶2𝐻4(𝑔) + 3(𝑂2 + 3.76𝑁2) → 2(𝐶𝑂2) + 2(𝐻2𝑂) + 7.52(𝑁2)

Ecuación con el 20% de aire en exceso

𝐶2𝐻4(𝑔) + 1.2[3(𝑂2 + 3.76𝑁2)] → 𝑏(𝐶𝑂2) + 𝑐 (𝐻2𝑂) + 𝑑(𝑁2) + 𝑒(𝑂2)

𝐶2𝐻4(𝑔) + 3.6(𝑂2 + 3.76𝑁2) → 𝑏(𝐶𝑂2) + 𝑐(𝐻2𝑂) + 𝑑(𝑁2) + 𝑒(𝑂2)

Reactivos = productos Coeficientes

O 3.6 (2) = 2b+c+2e d 13.54

N (3.6) 3.76 = d e 0.6

𝐶2𝐻4(𝑔) + 3.6(𝑂2 + 3.76 𝑁2) → 2(𝐶𝑂2) + 13.54 (𝑁2) + 0.6 (𝑂2 )

Las lecturas de tabla se realizaron con las tablas de Cengel-Yunus:

𝐶𝑂2 −393520 9364

2ℎ̅𝐶𝑂2 + 2ℎ̅𝐻2𝑂 + 13.54ℎ̅𝑁2 + 0.6ℎ̅𝑂2 = 1494083 𝐾𝐽

Por ensayo y error, se determinó el siguiente valor de la temperatura de los productos:

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