Análisis 17: Poderes calorífico a presión y volumen constante
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0.09 kg/s de octano líquido entra a 25ºC y 1 bar en una cámara de combustión. Sabiendo que el aire entra en las mismas condiciones (hay un exceso del 10%) y que los productos de la combustión salen a la temperatura de 1727ºC. Obtener:
Composición de los productos de combustión en base seca y húmeda
Poderes caloríficos superior e inferior a 25ºC y 100 kPa
Diferencia entre los poderes caloríficos inferior a presión y a volumen constante, a 25ºC
Poder calorífico inferior a 2000 K
Composición del aire en fracción molar y másica
El calor de combustión
Temperatura adiabática de la llama
Resolver considerando que el aire en la entrada posee una humedad relativa del 70%
Diagrama de Ostwald
Composición de los productos de combustión en base húmeda:
Composición de los productos de combustión en base seca:
THERMOCombustion suministra los poderes caloríficos superior e inferior a presión constante, LHV y HHV:
Reacción estequiométrica:
C8H18 (l) + 12.5 O2(g) 8 CO2(g) + 9 H2O(g) (sin condensación)
A una temperatura de 25ºC de los productos de combustión, y en situación estequiométrica, tenemos parte del H2O en estado líquido.
C8H18 (liq) + 12.5 O2(g) 8 CO2(g) + 1.801316 H2O(g) + 7.1987 H2O(liq)
- ΔH0 - (- ΔU0) = (ng,reactivos - ng,productos) R ∙ Tp
ΔH0 Poder calorífico a presión constante
ΔU0 Poder calorífico a volumen constante
ng,reactivos = 12.5 moles/mol fuel
ng,productos = 9.801316 moles/mol fuel
ΔU0 = ΔH0 + ((ng,reactivos - ng,productos) R ∙ Tp =
= 5074.63 + (12.5 - 9.801316) 8.314∙10^-3 (25 + 273.15) = 5081.32 kJ/mol fuel
ΔU0 - ΔH0 = 6.6895 kJ/mol fuel (esta diferencia es despreciable). Se observa que si hubiera exceso de aire, el resultado permanece invariable, ya que aumenta la misma cantidad de O2 y N2 como reactivos y como productos.
El poder calorífico a 2000 K:
PCI = 8 [hf + h2000K - h298K]CO2 + 9 [hf + h2000K - 298K]H2O(g) - [hf + h2000K - 298K]fuel - 12.5 [h2000K - h298K]O2
(El software Thermocombustion no permite obtener este valor para una temperatura distinta a 25ºC)
Composición del aire como reactivo:
Temperatura de rocío de los gases de combustión:
La temperatura del punto de rocío de los gases producidos representa la temperatura a la que los componentes gaseosos comienzan a condensar, lo cual es crucial en industrias que involucran procesos químicos o de combustión. Controlar la temperatura del punto de rocío ayuda a mantener la eficiencia operativa, proteger el equipo y mantener la calidad de los gases producidos. Se puede determinar mediante diferentes métodos, analíticos o mediante un analizador de humedad o empleando modelos estadísticos y experimentales.
El calor cedido al ambiente:
El cambio de entalpía, ∆H para una reacción química viene dado por la diferencia entre la entalpía de los productos y la de los reactantes
En caso de que la entalpía de los productos sea mayor que la de los reactantes, ∆H>0, el sistema absorbe calor y la reacción es endotérmica. Sin embargo, si la entalpía de los productos es menor que la de los reactantes, ∆H<0, el sistema libera calor y la reacción es exotérmica.
Temperatura adiabática de la llama:
Considerando el aire como reactivo que posee una humedad relativa del 70%
Composición de los productos de combustión en base húmeda:
Composición de los productos de combustión en base seca:
Composición del aire como reactivo:
Temperatura de rocío:
El calor cedido al ambiente:
Una comprensión sistemática del comportamiento de la combustión exige conocimientos químicos. La información deseable incluye propiedades de los estados termodinámicos antes y después de las reacciones de combustión y detalles relevantes sobre los procesos dinámicos que ocurren durante las transformaciones reactivas del combustible y el oxidante en los productos de combustión bajo las condiciones límite dadas. Los sistemas de combustión se pueden adaptar y mejorar teniendo en cuenta los conocimientos de los procesos químicos que tienen lugar.
Temperatura adiabática de la llama
La consideración de la humedad relativa del aire (presencia de vapor de agua en el aire atmosférico), trae las siguientes consecuencias:
Aumento de la cantidad de humos húmedos, por una mayor presencia de H2O
Disminución de la temperatura adiabática de la llama
Disminución del calor disponible a ceder al ambiente
El diagrama de Ostwald:
Se trata de un diagrama de productos de combustión (CO2, CO y O2) en base seca en función del coeficiente de exceso de aire y sin tener en cuenta el H2.
