PRACTICA CALIFICADA N1

PROBLEMA 1. En un proceso de combustin FEES, a la presin constante de una atmsfera. Se quema butano (C4H10) y el anlisis ORSAT de los productos arroja lo siguiente:7.8%CO2; 1.1%CO;8.2%O2 y 82.9%N2. Determinar:

1) El % At

2) El calor de combustin si los reactantes y productos se encuentran a 25oC. 3) La temperatura de la llama adiabtica.

Solucin:

1)Clculo del % At:

Datos: Combustible Butano (C4H10).CO2 =7.8% CO =1.1% O2= 8.2%N2= 82.9%

La Ecuacin de reaccin es: a C4H10+At b (O2+3.76 N2) 7.8%CO2+1.1 CO +H2O+8.2O2+82.9 N2Donde: At b=BBalanceando la ecuacin:

C: 4a = 7.8+1.1 a= 2.225H: 10x2.225= 2=11.125O: 2B= 2x7.8+1.1+2x8.2+11.125 B= 22.112N: 2x3.76xB=2x82.9B= 22.048

El valor de B se toma balanceando el oxgeno en lugar del nitrgeno, dado que el nitrgeno contiene otros gases.De la ecuacin estequiometrica tenemos lo siguiente:

2.225 C4H10 +b(O2+3.76 N2) CO2+ H2O + N2Balanceando la ecuacin:C: 4x2.225 = 8.9= H: 10x2.225=2 = 11.125O: 2b= 2x8.9+11.125b= 14.4625N: 2x3.76x14.4625= 2 = 54.379

Solucin (1): Sabemos que:B=Atb22.1125= : At x 14 . 4 6 2 5

Por Tanto:% At= 1.5289=152.89%

2)Clculo del calor de combustin (Qrp): Piden Qrp =?Tr=Tp=25OOC=298KQrp= Hp Hr (1)Tp=25oC=298K+Hp= n(hf+h);Hr=n(hf+h);La ecuacin real es:

2.225 C4H10 +22.1125(O2+3.76 N2) 7.8%CO2+1.1 CO +H2O+8.2O2+82.9 N2

Hp= 7.8(-393522+0)+11.125(-285838+0)+1.1(-110529+0)+8.2(0)+82.9(N2) Hp= -6371,001.25 KJ

Hr=2.225(-126148+0)+22.1125(0+0)+22.125x3.76(0+0)

Luego, reemplazando en (1): Qrp=-6371,001.25-(-280.679.3)

El calor de combustin por Kg de combustible absoluto es:

Qrp =6090,321 KJ/2.225((4x12)+(1x10)) Por lo tanto: Qrp = 47,193.5 Kj/Kg comb.3)Clculo de la Temperatura de la llama adiabtica (Ta):

Para la temperatura de llama adiabtica se cumple que:Hp= Hr; Hr(25oC) = Hp(Ta)

Hr=H C4H10 (298K)+Haire(298K)=2.225(hf+h)+22.1125(hf+h)+22.1125x3.76(hf+h)Hr=-281,679.3 KJ

Hp=7.8(hf+h)T+11.25(hf+h)T+1.1(hf+h)T+8.2(hf+h)T+82.9(hf+h)T

Para:

T=1800KHp= -26274.35

T=1700KHR= -456,360.65

Interpolando:T (K) 1800 Ta 1700

Hp(T)-26,274.35 -280, 679.3 -456,360.65

T-1700 = -321528.075-(-45360.65) T= 1 7 4 0.8 K1800-1700-26348.15-(-456360.65)

PROBLEMA 2. Una mezcla de combustible de 50%de C7H16 (Heptano) y 50% de C8H18 (Octano) se oxida con el 20% de exceso de aire. Determinar:

1)La masa de aire requerido para 50kg de combustible. 2)El anlisis volumtrico de los productos de combustin.

Solucin:

1.Clculo de masa de aire (ma):

Tomando 100kg de mezcla de combustible:

n C7H16= m C7H16 = 50= 0.5kmolM C7H1612x7+16

n C8H18 = m C8H18 = 50= 0.44kmolM C8H1812x8+18

Determinacin de la ecuacin de reaccin con aire terico.

(0.5 C7H16+0.44 C8H18)+b(O2+3.76 N2)p CO2+ qH2O + r N2

Balanceando:

C: 0.5x7 +0.44x8 =PP= 7.02H: 0.5x16 +0.44x18 =2q q=7.96O: 2b= 2p+qb=11N: bx2x3.76=2rr=41.36

Entonces en la ecuacin quedara:

(0.5 C7H16+0.44 C8H18)+11(O2+3.76 N2)7.02 CO2 +7.96H2O+41.36 N2

Determinacin de la ecuacin de reaccin con 20% de exceso de aire ser:

(0.5 C7H16+0.44 C8H18)+(1.2)11(O2+3.76 N2)pCO2+ qH2O + r N2+ mO2

Balanceando:

C: 0.5x7 +0.44x8 = pp= 7.02H: 0.5x16 +0.44x18 =2 q q = 7.96O: 1.2x11x2= 2 p + q +2mm=2.2N: 1.2x11x3.76x2= r x 2r = 49.6

Entonces quedar as:

(0.5 C7H16+0.44 C8H18) + (1.2)11(O2+3.76 N2)7.02CO2+ 7.96H2O + 49.6N2+ 2.2O2

Hallando la relacin aire-combustible:

r a/c = 1.2x11x137.28 = 18.09 kg de aire

0.5(12x7+16) + 0.44(12x8+18) kg de comb

Por lo tanto:

maire = r a/c (m comb) = 18.09x50 = 904.5 kg

2.Anlisis volumtrico de los productos:

Numero de moles total (n) = 7.02+7.96+2.2+49.6=66.78

Entonces el anlisis volumtrico de los productos ser:

CO2 : 10.51% ; H2O: 11.92% ; N2: 74.27%; O2: 3.29%

PROBLEMA 3. Mil metros cbicos de etano (C2H6) a 95 kPa y 10oCson quemados con 20%de aire excedente. Determinar:

1)La masa de agua formada.

2)El punto de roci de los productos que estn a 95 kPa y 210 oC

Solucin:

1)Clculo de masa de agua formada.

Ecuacin real donde: a= (1+ex)=1.2

C2H6 +ab(O2+3.76 N2) nCO2+ mH2O + sN2+ rO2

Balanceando:C: 2=nH:6 =2m m=3O: 1.2xbx2 = 2n+m+2r r=0.7N: 2x3.76 + 1.2xb = 2s s=15.792

Ecuacin estequiomtrica:C2H6 +b(O2+3.76 N2) nCO2+ mH2O + sN2

Balanceando: C: 2= nH: 6=2 mO: b(2) = n(2) + mb=3.5N: bx3.76x2 = 2 s s = 13.16

Entonces de la ecuacin real (balanceada), tenemos:

C2H6 +4.2(O2+3.76 N2) 2CO2+ 3H2O + 15.792N2+0.7 O2

El total de moles de los productos es:

2+3+0.7+15.792=21.492

El anlisis volumtrico de los productos es:

CO2 : 2= 9.3%21.492

H2O :3=13.96%21.492

O2: 0.7= 3.26%21.492

N2= 15.792 = 73.48% 21.492

Determinacin de la masa de agua:

n C2H6 = m = 1000= 3.33 kmolM 30

1kmol(etano)3kmol(agua)

100 Kmol(etano) x 3

X=100 Kmol(agua)

n H2O = m H2O m= n*M = 100*18 M H2O

Por lo tanto:

m H2O = 1800 kg

2)Clculo del punto de roco:

Se sabe que: fnH2O = nH2O/n = pH2O/p

La presin parcial del agua vale(0.1396x95Kpa)= 69.8 Kpa , entonces en tablas el punto de roco es: T= 89.59 oC

PRACTICA CALIFICADA N21. Un motor Nissan modelo NFTC disel, empleado en un grupo electrgeno de 4T, inyeccin directa, 6 cilindros en lnea, de cilindrada de 9160 cc, S/D = 1.1 entrega una potencia de 320 HP a 2100 rpm, con una eficiencia indicada de 48 %. Las prdidas por rozamientos mecnicos y rodajes 16%, usa combustible de P.C.= 42.2 MJ/Kg, S=0.86, funcionando con 15% de exceso de aire, el cual se encuentra al final de la aspiracin a 32 C; en la combustin la relacin aire/combustible estequiomtrica es 14.62; se pide

a) La carrera y dimetro del embolo, cmb) El flujo de aire absorbido por el motor , Kg/hrc) La eficiencia volumtrica, %d) El consumo especifico efectivo, gr/HP*hre) Si el galn de combustible se invierte mensualmente si el motor funciona 10 hr/dia.SOLUCIONDatos:Directo 4 T S/D = 1.1 Pm= (1.05+0.125Vp)P Cilindrada : i ; i=6 N=2100 RPM

a) Primero, calculamos la carrera y el dimetro del embolo, como sigue:

Resolviendo, tenemos: S=13.3 cm D=12.01 cmb) Calculando el flujo de aire absorbido:

c) Obtendremos la eficiencia volumtrica de la siguiente forma :

Tambin, el consumo especifico de combustible:

Ahora el costo de combustible por mes:=S/62546

2. Un motor de encendido por chispa de 41 utiliza GNV, del cual se obtienen los datos de 240gr/HP*hr, velocidad media del pistn 12.6 m/s y eficiencia trmica 60 %. El fabricante proporciona las siguientes especificaciones tcnicas:

DESPLAZAMIENTO (cc)1781

POTENCIA HP/rpm103/5250

RELACIN DE COMPRESIN11:1

VALVULAS POR CILINDRO/CILINDROS 2/4

COMBUSTIBLES GNV, PCI(KJ/kg), PCS(KJ/Kg)

3990044000

a) Las dimensiones del pistn, cm b) La potencia generada por los gases, HPc) El calor generado en la combustin, Kwd) La presin media indicada, e) El volumen total de uno de los cilindros

SOLUCIONDatos: Directo 4 T Otto i= 4 N=5250RPM

a) Calculando las dimensiones del piston

b) Calculando la potencia :

3. Una planta trmica con turbina a gas de dos ejes, con dos compresores axiales movidos por la TAP; ingresando el aire al CBP de a 0.98 bar, 17 C, saliendo a 157 C isotrpicamente, para ingresar al enfriador isobrico del cual sale a 35C del cual sale a 35C e ingresar a CAP ( de donde sale a 18 bar. De la CC1 con eficiencia 97% salen los gases perdiendo 1.5% de presin, para entrar a la TAP ( a 1497C y se expanden con exponente politrpico de 1.38 hasta 847C. Los gases expulsados por la TAP ingresan a la CC2 ( , y el 65% de estos gases entran a la turbina de potencia a 1377 C, perdiendo 1% de presin, alcanzando los gases en el escape 1000 k isoentrpicamente. El conjunto TAP-Cs tienen una eficiencia mecnica de 88% y la de la potencia 86%; a la vez el CBP consume 24000 Kw, el combustible usado en las cmaras es de 44.6 MJ/kg, S=0.85, pide :a) El aire que ingresa a los compresores, kg/sb) El flujo de gases en la cmara de combustin, kg/sc) El flujo de aire que se quema con el combustible en las cmaras SOLUCIN

(*)

En (1) (B) y K

(3) en ( C) :

En (*):