Análisis 61: Reacciones de equilibrio químico y formación de NOx

La combustión de i-butene con un coeficiente de exceso de aire del 110%. Sabiendo que existe combustión incompleta, relación CO2/CO=2. La temperatura de los productos de combustión es de 2000 K.

Reacciones de equilibrio químico:

• CO2 <--> CO + ½ O2

• H2O <--> H2 + ½ O2

• H2O <--> OH + ½ H2

• ½ H2 + ½ O2 <--> OH

• ½ O2 <--> O

• ½ H2 <--> H

• ½ N2 <--> N

Formación de NOx:

• ½ N2 + ½ O2 <--> NO

• ½ N2 + O2 <--> NO2

• NO + ½ N2 <--> N2O

• 2 NO2 <--> N2O4

Obtener los productos de combustión.

Analizar el efecto de la presión de la cámara de combustión.

Temperatura adiabática con H2 en los productos (combustión incompleta)

Temperatura adiabática para combustión completa (Sin CO ni H2 en productos)

Modelo de equilibrio químico:

Estas reacciones son endotérmicas y convierten parte del calor sensible de los gases de combustión en calor potencial, en forma de calor de combustión de los componentes combustibles formados y calor de formación del hidrógeno y el oxígeno atómicos. Por lo tanto, la combustión de combustibles se vuelve incompleta a altas temperaturas. Esto tiene dos efectos: primero, disminuye la eficiencia de la combustión y, segundo, la temperatura del sistema disminuye. Este segundo punto se puede chequear de los resultados obtenidos de temperatura adiabática de la llama. Otro efecto de la disociación es el leve aumento del volumen y el número de moles de los gases.

Cuando se conocen las constantes de equilibrio a diferentes temperaturas, se pueden calcular los grados de disociación a dichas temperaturas.

Cuando la disociación es importante debido a las altas temperaturas asociadas a la combustión casi estequiométrica, o debido a la falta de oxígeno en las llamas ricas, el cálculo de las temperaturas adiabáticas se combina con el cálculo de la composición de equilibrio. El efecto de la presión sobre la temperatura adiabática es a través de su efecto sobre la composición de equilibrio: a alta presión, la disociación es despreciable y la temperatura adiabática de combustión completa alcanza su valor más alto, mientras que al reducir la presión aumenta la disociación de acuerdo con el principio de Le Châtelier, disminuyendo la temperatura adiabática.

En situación adiabática: