Análisis 19: Efecto de temperatura del aire y del combustible

Un gas natural está formado según un análisis en volumen de un 80% de metano, 14% de etano, 4 % de oxígeno y un 2% de argón. El gas natural entra a 25ºC y 100 kPa en una cámara de combustión isobárica. Sabiendo que el aire entra en las mismas condiciones con un exceso del 20% y que los productos de la combustión salen a la temperatura de 1500ºC. Obtener:

1. Composición de los productos de combustión en base seca y húmeda

2. Poderes caloríficos superior e inferior a 25ºC y 1 bar

3. Relación aire/combustible molar y másica

4. Temperatura adiabática de la llama

5. El calor cedido al ambiente

6. Estudiar el efecto de la temperatura del aire y del combustible en el calor intercambiado

Introducimos la mezcla de gases que componen el gas natural:

Composición de los productos de combustión en base húmeda:

Composición de los productos de combustión en base seca:

Poderes caloríficos:

El poder calorífico de un combustible se define como la cantidad de energía por unidad de masa que puede generar un combustible al producirse una reacción química completa de oxidación en condiciones estequiométricas.

Los hidrocarburos están compuestos principalmente por hidrógeno y carbono. Al arder, estos compuestos se fusionan con el oxígeno, produciendo agua, dióxido de carbono y calor. Este calor se transforma en energía, que es empleada en los motores térmicos como el calor procedente del foco caliente.

Relación aire/combustible molar y másica:

Temperatura adiabática de la llama:

Calor intercambiado:

El efecto de la temperatura del aire en el calor intercambiado se muestra en la siguiente figura.

Nota: Negro (25ºC), rojo (35ºC) y azul (45ºC)

Como era de esperar, al aumentar la temperatura del aire a la entrada del proceso de combustión, aumenta la entalpía de los reactivos, aumentando la diferencia de entalpía entre los reactivos y productos de combustión, incrementándose levemente el calor intercambiado.

Al aumentar la temperatura del aire a la entrada del proceso de combustión, el calor intercambiado incrementa.

Como era de esperar, al aumentar la temperatura del combustible a la entrada del proceso de combustión, aumenta la entalpía de los reactivos, aumentando la diferencia de entalpía entre los reactivos y productos de combustión, incrementándose el calor intercambiado.