Análisis 99: Depósito cerrado con n-decano en estado líquido

En un depósito cerrado a 100 KPa de presión se encuentra n-decano en estado líquido con aire seco. El depósito es calentado.

1. Estimar la temperatura a la que se alcanzaría el límite de inflamabilidad inferior, LFL

2. Estimar los límites de inflamabilidad del n-decano a 150ºC

3. Estimar la temperatura adiabática y el coeficiente de exceso de aire en condiciones de LFL

4. Analizar el caso de una mezcla volumétrica de n-decano (90%) y dodecano (10%)

5. Analizar el caso de una mezcla volumétrica de decano (10%) y dodecano (90%)

6. Razonar los resultados obtenidos, indicando las leyes de cálculo empleadas

7. ¿Cómo afecta la presión a la que se encuentre el depósito?

Se observa que el aumento de la temperatura, hace más grande el margen de los límites de flamabilidad, decreciendo LEL y aumentando UEL. ThermoCombustion permite el empleo de diferentes formas de obtener estas dependencias, tanto como para la estimación de los límites de inflamabilidad a 25ºC. Para la mezcla de los vapores, se emplea la ley de Le Chatelier.

Los límites de inflamabilidad del vapor dentro del depósito a la temperatura de 46.95ºC son los siguientes:

Es fácil verificar empleando el software THERMOProcess, que la presión de saturación del n-decano a 46.95 ºC es 0.738 kPa, por lo que se verifica LFL = Pvapor,i (Tª) / Ptotal

:

Ley de Raoult (mezcla de líquidos ideales)

• xi = fracción molar del componente i en el líquido

• yi = fracción molar del componente i en el espacio del vapor (gaseoso)

• pi = presión parcial del componente i

• Ptotal = presión total en el espacio del vapor, 100 kPa

• yi = xi pi

• Pvapor,i (Tª) es la presión de vapor del compuesto i función de la temperatura.

• yi = xi ∙ Pvapor,i (Tª) / Ptotal

Se tiene que cumplir la siguiente expresión (resuelta mediante proceso iterativo):

$$LFL=\sum_{}^{}x_{i}·P_{vapor,i} (Tª) / P_{total}$$

(donde LFL va variando también con la temperatura)

Para T = 48.05 ºC (empleando el software THERMOProcess)

0.720 % ≈ 90 ∙ 0.007872 + 10 ∙ 0.0010299 = 0.719 %

Observamos que aunque el LFL es inferior (al caso anterior, 0.76), la temperatura necesaria para alcanzar este valor es aproximadamente 1ºC superior al caso anterior.

Para T = 68.90 ºC

0.593 % ≈ 10 ∙ 0.02404 + 90 ∙ 0.0039084 = 0.592 %

La presencia de un fluido con presión parcial de vapor inferior, decrece LFL de manera significativa, mientras la temperatura necesaria para alcanzar este valor se ve incrementada.

Para una presión del depósito superior (1 MPa), incrementa el límite de temperatura, ampliándose el campo de inflamabilidad. Para este último caso (10% n-decano y 90% n-dodecano), los resultados son los siguientes: