Análisis 1: Combustión estequiométrica

En la combustión estequiométrica del monóxido de carbono en situación estacionaria, obtener:

1. Cambio de entalpía

2. Calor específico de los intervinientes

3. Cambio de entropía

4. Cambio de exergía

5. Cambio de energía libre o función de Gibbs

La combustión estequiométrica o teórica es el proceso de combustión ideal en el que el combustible se quema por completo. Una combustión completa es un proceso que convierte todo el carbono (C) en (CO2), todo el hidrógeno (H) en (H2O) y todo el azufre (S) en (SO2).

Con componentes no quemados en los gases de escape como C, H2, CO, el proceso de combustión no es completo y no es estequiométrico. Para maximizar la eficiencia de la combustión, es vital consumir (o quemar) todo el combustible, lo que se conoce como combustión completa.

Es fundamental introducir aire en la cámara de combustión para conseguir una combustión completa. Sin él, el combustible tendrá una combustión limitada o incompleta, y los gases de escape incluirán algo de combustible sin quemar y parcialmente quemado.

La combustión estequiométrica es una aspecto teórico donde la cantidad óptima de mezcla de aire y combustible genera la mayor cantidad de calor posible, logrando la máxima eficiencia de combustión. No hay combustibles no quemados ni exceso de aire.

El propósito de la combustión es consumir combustible de manera eficiente para producir calor. Hay tres componentes de la combustión: combustible, oxígeno y calor. Las fuentes de combustible más comunes en el proceso de combustión son los combustibles fósiles, el gas natural, el petróleo y el carbón. Los combustibles fósiles son hidrocarburos, compuestos orgánicos que contienen carbono e hidrógeno.

Considerando que reactivos y productos reaccionan a su presión parcial.

Además, las corrientes de aire y combustibles entran separadas a la cámara de combustión:

La temperatura media a la que se produce el intercambio de calor con el exterior, Tf = 500ºC:

Variación de entropía: - 81.07 kJ/kmol K

Pref= P0 (en el estado muerto)

${\overline{S}}_{react} = \sum_{react}^{}N_{i}\left\lbrack {\overline{s}}_{i,T}^{o} - \overline{R\ }ln(Y_{i}\ P/P_{ref}) \right\rbrack$

${\overline{S}}_{prod} = \sum_{prod}^{}N_{i}\left\lbrack {\overline{s}}_{i,T}^{o} - \overline{R\ }ln(Y_{i}\ P/P_{ref}) \right\rbrack$

${{\overline{\Delta}}_{S} = {\overline{S}}_{prod} - \overline{S}}_{react}$

Variación de exergía (Ex = h - To s):

ΔEx = Ex,p - Ex,r = - 569.24 - (-310.42) = - 258.82 kJ/kmol K

Variación de función de Gibbs (G = h - Tp s):

ΔG = Gp - Gr = - 569.24 - (-310.42) = - 258.82 kJ/kmol K

Coincide con la variación de exergía al ser To = Tprod = 25ºC

Si ambas corrientes entran juntas:

Se reducen las pérdidas por irreversibilidades.