Se quema n-octano (c8h18) en un quemador de presión constante de un motor de avión con 70 por ciento de exceso de aire. el aire entra a este quemador a 600 kpa y 327°c, el combustible líquido se inyecta a 25°, y los productos de combustión salen a 600 kpa y 1227°c. determine la generación de entropía y la destrucción de exergía por unidad de masa de combustible durante este proceso de combustión.
Respuestas
El valor de la entreopia generada por el C8H18 en la combustion es de
Sgen = 84.72 kJ/kg°K
Y el valor dela exergia de destruccion es
Xd = 25250 kJ/kg
Explicación paso a paso:
Datos de las temperaturas
- T(C8H18) = 25°c = 298°K
- T(Aire) = 600°K
- Tp = 1227C = 1500°K
Las masas molares son:
- C8H18 = 114 kg / kmol
- Aire = 29 kg / kmol.
El combustible se quema por completo con elexceso de aire, el producto contendra
CO2, H2O, N2 y O2
La ecuacion considerando 1Kmol de C8H18
C8H18(l) + 1.7ath (O2 + 3.76N2) → 8CO2 + 9H2O + 0.7athO2 + 1.7*3.76athN2
ath : Coeficiente estequimetrico, determinamos por el balance de O2
1.7ath → 8 + 4.5 + 0.7ath
ath = 12.5 Sustituimos el valor en la ecuacion
C8H18(l) + 1.7(12.5)(O2 + 3.76N2) → 8CO2 + 9H2O + 0.7(12.5)O2 + 1.7*3.76*12.5N2
El sistema de equilibrio de energia queda dado por:
-Qs = ∑Np(hf° + h - h°)p - ∑Nr(hf° + h - h°)r
El aire y los productos de combustion son gases ideales, en tablas de propiedades tenemos que
hf° h(298°K) h(600°K) h(1500°K)
C8H18 (l ) -249950 -- -- --
O2 0 8682 17929 49292
N2 0 8669 17563 47073
H2O (g) -241820 9904 -- 57999
CO2 -393520 9364 -- 71078
Valores en kJ/kmol
Sustituyendo tenemos
-Qs = 8(-393520+71078 - 9364) + 9(-241820 +57999-9904) + 0.7*12.5(0 +49292 -8682) + 1.7*.76*12.5(0 + 47073 -8669) - (-249950) - 1.7*12.5(0 + 17929 - 8682) - 1.7*3.76*12.5(0 + 17563 - 8669)
-Qs = -1631335 kJ/kmol de C8H18
Entropia Generada
Sgen = Sp - Sr + Qs/Taire = ∑NpSp - ∑NrSr + Qs/Taire
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
C8H18 (l ) 1 -- 466.73 14.79 451.94
O2 21.25 0.21 226.35 1.81 4771.48
N2 79.9 0.79 212.07 12.83 15919.28
Sr = 21412.7 kJ/°K
Ni yi si°(T,1atm) Ruln(yipm) Nisi
CO2 8 0.0757 292.11 -6.673 2390.26
H20 9 0.0852 250.45 -5.690 2305.26
O2 8.75 0.0828 257.97 -5.928 2309.11
N2 79.9 0.7563 241.77 12.49 18321.87
Sp = 25326.5 kJ/°K
Sgen = 25326.5 kJ/°K - 21412.7 kJ/°K + 1631335 kJ/kmol/298
Sgen = 9658.1 kJ/°K (1/114kg/kmol)
Sgen = 84.72 kJ/kg°K C8H18
Exergia
Xd = ToSgen
Xd = 298°K 9568.1 kJ/°K (1/114kg/kmol)
Xd = 25250 kJ/kg C8H18
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