Etileno C2H4 gaseoso entra a una cámara de combustión adiabática a 25°C y 1 atm, y se quema con 20 por ciento de exceso de aire que entra a 25°C y 1 atm. La combustión es completa, y los productos salen de la cámara de combustión a la presión de 1 atm. La combustión a la presión de 1 atm. Suponiendo T0=25°C, determine
a) la temperatura de los productos,
b) la generación de entropía
c) la destrucción de exergía.
Respuestas
El valor de la temperatura de los productos lueo de la combustion es de
T = 2269.6 °K
ademas la generacion de entropia y exergia de destruccion es
Sgen = 1311.28 kJ/kmol °K C2H4
Xd = 390760 kJ C2H4
Explicación:
El combustible se quema por completo con elexceso de aire, el producto contendra
CO2, H2O, N2 y O2
La ecuacion considerando 1Kmol de C2H4
C2H4(g) + 1.2ath (O2 + 3.76N2) → 2CO2 + 2H2O + 0.2athO2 + 1.2*3.76athN2
ath : Coeficiente estequimetrico, determinamos por el balance de O2
1.2ath → 2 + 1 + 0.2ath
ath = 3 Sustituimos el valor en la ecuacion
C2H4(g) + 1.2*3 (O2 + 3.76N2) → 2CO2 + 2H2O + 0.2*3O2 + 1.2*3.76*3N2
Ecuacion de energia de flujo constante
∑Np(hf° + h - h°)p = ∑Nr(hf°)r = (Nhf)c2h4
Buscamos los valores de hf° y h en tablas
hf° (kJ/kmol) h(298K) (kJ/kmol)
C2H4 (g) 52280 --
O2 0 8682
N2 0 8669
H20 (g) -241820 9904
CO2 -393520 9364
Sustituimos valores
2(-393520 + hCO2 - 9364) + 2(-241820 + hH2O - 9904) + 0.6(0 + hO2 - 8682) + 13.54(0 + hhN2 - 8669) = 1(52280)
2hCO2 + 2hH2O + 0.6hO2 + 13.54hN2 = 1484083 kJ
Usando el metodo de ensayo y error en tablas luego de dividir el lado derecho de la ecuacion por cada mol de los productos (para tomar valor de aproximacion y tantear) obtenemos un temperatura de
T = 2269.6 °K
Entropia Generada
Sgen = Sp - Sr
Calculamos las entropias a presion parcial de los componentes que es igual Pi = yi( fraccion molar), tabla
Ni yi si°(T,1atm) Ruln(yipm) Nisi
C2H4 (g ) 1 1 219.83 --- 219.83
O2 3.6 0.21 204.14 -12.98 784.87
N2 13.54 0.79 191.61 -1.96 2620.94
Sr = 3625.64 kJ/°Kkmol
Ni yi si°(T,1atm) Ruln(yipm) Nisi
CO2 2 0.1103 316.881 -18.329 670.42
H20 2 0.1103 271.134 -18.329 578.93
O2 0.6 0.0331 273.467 -28.336 181.08
N2 13.54 0.7464 256.541 -2.432 3506.49
Sp = 4936.92 kJ/°K kmol
Sgen = 4936.92 kJ/°K kmol - 3625.64 kJ/°K kmol
Sgen = 1311.28 kJ/kmol °K C2H4
Exergia
Xd = ToSgen
Xd = 298°K*1311.28 kJ/kmol °K
Xd = 390760 kJ/kg C2H4