Análisis 79: Combustión con presencia de CO e H2 como inquemados

La combustión de una mezcla rica (90% del aire estequiométrico) de metano, produce una combustión con presencia de CO e H2, además de CO2, H2O y N2. Asumiendo que la constante de equilibrio de la reacción CO2 + H2 <---> CO + H2O es 5.2, evaluar la composición de los productos de combustión. Obtener:

1. Temperatura adiabática de la llama, verificando que está próxima a 2200 K cuando los reactivos entran a 1 bar y 25ºC

2. Entropía generada, y diagrama de Grassmann

Analizar los siguientes casos:

• Caso 1: Sin O2 en los productos de combustión

• Caso 2: Con O2 en los productos de combustión, CO2 CO + 0.5 O2

• Caso 3: Con formación de OH, H, N, O y NO

(Introduction to Internal Combustion Engines de Richard Stone)

El software no permite introducir la constante de equilibrio químico, por lo que habrá que introducir la temperatura de equilibrio químico ajustándola hasta alcanzar el valor de la constante requerido.

CO2 + H2 CO + H2O Kp´= 5.2

La reacción inversa (así está en ThermoCombustion esta reacción de equilibrio)

CO + H2O CO2 + H2 Kp = 1/5.2 = 0.19230

Es fácil verificar que para T=1927 ºC se alcanza el valor de Kp

Se observa que la temperatura de los productos debe estar ligeramente por encima de la temperatura adiabática de la llama, aunque esté próxima.

Se confirma que la temperatura de los productos está ligeramente por encima de la temperatura adiabática de la llama, unos 23ºC.

Caso 2:

En condiciones adiabáticas:

La temperatura adiabática decae hasta los 1945.6 ºC (2218.8 K).

Caso 3:

En condiciones adiabáticas:

Este último caso requiere unos minutos de tiempo de computación.

La temperatura adiabática decae hasta los 1932.0 ºC.

Para poder comparar los resultados, se muestran los obtenidos por Richard Stene, verificándose lo cercanos de los mismos en todos los casos, a los obtenidos mediante Thermocombustion.

Para este último caso se muestra la entropía generada y el análisis exergético, con el diagrama de Grassmann: