Análisis 34: Propiedades críticas de la mezcla
Un hidrocarburo líquido se encuentra a la presión de 200 kPa, estando formado por la siguiente mezcla volumétrica: 75% n-pentano, 20% n-hexano y 5% de n-heptano. Si el coeficiente de exceso de aire es la unidad:
Puntos de ebullición y de rocío de la mezcla
Propiedades críticas de la mezcla
Temperatura adiabática de la llama
Poderes caloríficos
Sabiendo que la temperatura de los gases de combustión es de 1500ºC, obtener el calor intercambiado y la exergía destruida
Eficiencia de la combustión
Diagramas de combustión
Análisis de sensibilidad referido al Segundo Principio
El punto de ebullición (bubble-point) es la temperatura a la cual una mezcla liquida comienza la ebullición. El punto de burbuja (bubble-point) es el punto donde la suma de las presiones de vapor de los componentes es igual a la presión total. Aquí es donde comenzará a formarse una burbuja de vapor y la mezcla comenzará a hervir.
El punto de rocío (dew-point) es la temperatura a la cual una mezcla gaseosa comienza a condensar.
Considerando la mezcla ideal, y usando las leyes de Raoult (para líquidos) y de Dalton (para gases) se resuelve este problema.
Las temperaturas de saturación a 200 kPa, son 57.58ºC, 92.08ºC y 123.35 ºC, respectivamente. Así, los puntos de ebullición y de rocío estarán dentro de este margen de temperaturas.
El programa mediante un proceso iterativo obtiene ambas temperaturas:
La presión de vapor de la mezcla es la mínima presión a la que debe estar la mezcla para que se encuentre en estado líquido:
Pvapor= XC5H12 ∙ pC5H12(sat at tfuel) + XC6H14 ∙ pC6H14(sat at tfuel) +XC7H16 ∙ pC7H16(sat at tfuel) = 0.75 ∙ 68.344 + 0.2 ∙ 20.192 + 0.05 ∙ 6.09 = 55.6 kPa
Verificación del bubble-point:
Pentano Hexano Heptano
YC5H12 + YC6H14 + YC7H16 = 1
YC5H12 = XC5H12 ∙ pC5H12(sat at bubble Temp.) / pfuel = 0.75 ∙ 241.78028/200 = 0.90667
YC6H14 = XC6H14 ∙ pC6H14(sat at bubble Temp.) / pfuel = 0.2 ∙ 87.76568/200 = 0.08776
YC7H16 = XC7H16 ∙ pC7H16(sat at bubble Temp.) / pfuel = 0.05 ∙ 32.84199/200 = 0.00821
Se verifica que YC5H12 + YC6H14 + YC7H16 = 1.0026 ≈ 1
O lo que es lo mismo, la suma de las presiones parciales es igual a la presión total de la mezcla:
P=200 kPa = XC5H12 ∙ pC5H12(sat at bubble Temp.) + XC6H14 ∙ pC6H14(sat at bubble Temp.) + XC7H16 ∙ pC7H16(sat at bubble Temp.) = 181.335 + 17.553 + 1.642 = 200.5 kPa ≈ 200 kPa
Verificación del dew-point:
Pentano Hexano Heptano
XC5H12 + XC6H14 + XC7H16 = 1
XC5H12 = YC5H12 ∙ pfuel / pC5H12(sat at dew Temp.) = 0.75 ∙ 200 / 322.88922 = 0.4645
XC6H14 = YC6H14 ∙ pfuel / pC6H14(sat at dew Temp.) = 0.2 ∙ 200 / 122.59383 = 0.3263
XC7H16 = YC7H16 ∙ pfuel / pC7H16(sat at dew Temp.) = 0.05 ∙ 200 / 48.08422 = 0.2079
Se verifica que XC5H12 + XC6H14 + XC7H16 = 0.9987 ≈ 1
donde Xi es la fracción molar del componente "i" en la solución y Yi es su fracción molar en fase gaseosa.
Las propiedades críticas de los compuestos del combustible son:
n-pentano: 196.57 ºC, 3.37 MPa
n-hexano: 234.0 ºC, 3.034 MPa
n-heptano: 267.0 ºC, 2.736 MPa
Las propiedades críticas de la mezcla:
Tc = 0.75 ∙ 196.57 + 0.20 ∙ 234.0 + 0.05 ∙ 267.0 = 207.72 ºC
Pc = 0.75 ∙ 3.37 + 0.20 ∙ 3.034 + 0.05 ∙ 2.736 = 3.2711 MPa
Temperatura adiabática de la llama:
Poderes caloríficos:
Análisis de sensibilidad:
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