TEMA:DESARROLLO DE PROBLEMAS PROPUESTOS ASIGNATURA:TERMODINAMICA IIALUMNO:LECCA PEA OCTAVIO LINCONL,CODIGO: 0201016044DOCENTE: ING. HUGO CALDERON TORRES

NUEVO CHIMBOTE, OCTUBRE DEL 2012PROBLEMAS

13.1) Un recipiente contiene una mezcla del 34% de y el 66% de CO en a) base msica, b) base molar. En cada caso determnese si hay oxigeno suficiente para producir la reaccin completa del monxido de carbono.

Solucin:

Asignamos 1kg = masa total

0.6320.01875

CO0.428.010.01428

% porcentaje de aire terico = (

13.3) Metano (se quema completamente con la cantidad estequiometrica de perxido de hidrogeno ().Ajustase la ecuacin de la reaccin qumica.Solucin: a

C: donde A=4N: 2A =2a +b donde b=6

La ecuacin balanceada es la siguiente

13.4) Una mezcla gaseosa combustible tiene un anlisis molar del 14% de , 3% de C, 27% de CO, 0.6% de , 4.5% de C y 50.9% de . Determnese el coeficiente terico aire- combustible de la combustin completa en

a) Base molar.b) Base msica.Solucin:Asignamos 1kg = masa total

14 + 3C 27CO + 0.6 + 4.5C +50.9 +A () BC + D + E

Balanceando la ecuacin tenemos:

C:3 + 27 + 4.5 =BB=34.5H:28 + 12 = 2D D=200:27+1.2+9+2A =2B +D A= 25.9N:101.8 + 3.76(A)(2) =2EE=148.2

La ecuacin terica balanceada es :14 + 3C 27CO + 0.6 + 4.5C +50.9 + 25.9 () 34.5C + 20 +148.2

PM = 2*14 + 16*3 + 28*27 + 32*0.6 + 44*4.5 + 28*50.9 = 2474.4 (combustible)Ahora hallamos la relacin de aire combustible en base molar y msico:

= =

13.5) Una mezcla de combustible de composicin molar 60% de ,30% de Y 10% de se suministran a un hogar donde se quema completamente con el 120% del aire terico determnese el cociente aire-combustible en:a) base molarb) base msica Solucin:Asignamos 100 kmol de combustible.60 aC: 60 a=120b=210N: 2(10) 3.76(A)(2) =2ee=8560: 2A = 2a A= 225La ecuacin balanceada terico es:60 120*Ahora con 120% de aire terico:60 a + fC: 60 a=a=120b=b=2100: 2A = 2a f=0.2*A=45N: 2(10)3.76(A)(2) =2ee=1025.2La ecuacin balanceada con el120% de aire terico es:60 20 + 45PM =(60*16)+(10*28)+(30*30)=2140Ahora hallamos la relacin de aire combustible en base molar Y msico:= = 1.2*13.7) Un carbn de anlisis elemental 80% de carbono. 3%de azufre y 17% de ceniza se quema completamente con el 120% del aire estequiomtrico. Determine la cantidad de SO2 producida, en kg por kg de carbn.

Solucin:Asignamos 1kg de carbn y su anlisis molar es la siguienteC=molesS==0.0015molesLas cenizas se mantienen constante es decir no altera la ecuacin 0.008C+0.0015S+A(O2+3.76N2) aCO2+ c N2+ b H2O+ F SO2C: 0.008=a donde a=0.008 H: b=0 S: 0.0015=f donde f=0.0015O: 2A=2a+2f donde A =0.0095N: 2(3.76)A=2b donde c=0.03572La ecuacin balanceada terica es:0.008C+0.0015S+0.0095(O2+3.76N2) 0.008CO2+ 0.03572 N2+ 0.0015 SO2

Para 120% de aire terico seria:0.008C+0.0015S+K(O2+3.76N2) aCO2+ c N2+ b H2O+ g O2+ F SO2Donde K =1.2*0.0095=0.0114Balanceamos:O: 2K=2a+2f +2g donde g=0.0019La ecuacin con 120% de exceso de aire seria:0.008C+0.0015S+0.0114(O2+3.76N2) 0.008CO2+ 0.03572 N2+ 0.0019 O2+ 0.0015SO2La cantidad de SO2 producido es de 0.0015 mol para 1kg de carbn:=0.0960913.8) Una muestra de residuos urbanos de anlisis elemental 80,7% de C, 4,9% de H, 1,8% de S, 5,3% de O, 1,1% de N y 6,2% de cenizas se quema completamente con el 120% del aire estequiomtrico. Determine

(a) El ajuste de la reaccin.

(b) El cociente aire-combustible en base msico.Solucin:Tomamos 100kg de residuos urbanos entonces:C=kmolesH=kmolesS=kmolesO=kmolesN=kmoles

Tenemos la ecuacin:6.725C+0.05625S+A(O2+3.76N2) bCO2+ d N2+ f H2O+e SO2Aplicando la conservacin de la materia a los componentes antes y despus de la reaccin:*C: 6.725=b donde b=6.725*H: 4.9=2f . donde f=2.45 *O: 0.33125+2A =2b+f+2e.... donde A=7.865*N: 1.1+2A*3.76=2d .. donde d=30.1224*S 0.05625=e donde e=0.05625La ecuacin terica completa seria:6.725C+0.05625S+7.865(O2+3.76N2) 6.725CO2+ 30.1224 N2+ 2.45H2O+ 0.05625SO2Ahora con el exceso de120% de aire terico tenemos:6.725C+0.05625S+K(O2+3.76N2) bCO2+ y N2+ f H2O+e SO2+gO2Donde K =1.2*7.865=9.438

Balanceamos el nitrgeno(N): 1.1+2K=2y .donde y=36.036Balanceamos el oxgeno(O): 0.33125+2K=2b+f+2e+g donde g=3.194Con estos datos obtenidos y reemplazando en la ecuacin:6.725C+0.05625S+9.438(O2+3.76N2) 6.725CO2+ 36.036 N2+ 2.45H2O+ 0.05625SO2La actual reaccin requiere 1.2 * 7.865 * 4.76 moles de aire para 100 kg de residuos urbanos entonces el cociente en base msica es de:AC==

13.9) Etano () se quema completamente con aire. Si el cociente aire- combustible en base msica es 18, determine:

a) El porcentaje de exceso o defecto de aire, segn convenga.b) La temperatura de roco de los gases de combustin a la presin de 1 atm.SOLUCIN

Ahora balanceamos la ecuacin tenemos:C:B= 2H:6 = 2D D=30: 2A =2B +D A= 3.5N: 3.76(A) (2) =2EE=134.984Entonces:

Si sabemos que:

Entonces la nueva ecuacin seria con a porcentaje que puede ser exceso o defecto de aire; pero como no sabemos solamente:Aire= Ahora multiplicamos por el peso molecular del y del combustible 16.66a a=1.11 Eso quiere decir que existe un exceso de aire.

La presin parcial del vapor del agua (z)Donde se determina de la siguiente manera:

..(b)Remplazando (b) en (z)Ahora en tablas de Van Whylen encontramos que: la temperatura de saturacion o de rocio es :

13.10 Determnese la cantidad de vapor de agua condensada, en Kmol por Kmol de combustible, al enfriar a 20C los productos de la reaccin del butano () quemando por completo a 1 atm con 150% del aire estequiometrico.

Solucin:

Datos

, ,

Balance

La reaccin terica queda as:

La reaccin real con 150% de aire terico ser:

Balance

La reaccin nos da:

Para hallar la cantidad de vapor de agua usamos

Donde es la suma de los moles del producto:

En tablas encontramos que:0.02339bar

Reemplazamos todo en la ecuacin

La cantidad de vapor ser:

3.11 Una mezcla gaseosa combustible con una composicin molar del 72% de CH4, 9% de H2, 14% de N2, 3% de CO2 y 2% de O2 se quema completamente con aire hmedo para formar productos gaseosos a 1 atm compuestos de CO2, H2O y N2 solamente. Si la temperatura de roco de los productos es 60C, determnese la cantidad de vapor de agua presente en el aire de combustin, en kmol por kmol de combustible.Solucin:Los productos gaseosos de la combustin pueden ser modelados como una mezcla de gases ideales. La ecuacin de reaccin equilibrada se obtiene sobre la base de 1kmol de mezcla de combustible.

C: 0.72 + 0.03 = H: 4(0.72) + 2(0.09) + 2= (1)O: 2(0.02) + 2(0.03) + 2+ = 22+= 1.4 +

N: 0.14 + 3.76= Los productos de la combustin formar una mezcla de gas ideal en el que la presin parciales Pv. Pv =P

Ya que latemperatura del punto deroco sesabe:

Entonces tenemos en (1): = 1.568 - 1.53= 0.038

13.14) En una cmara de combustin entran 2kgh de hidrogeno( que se quema con 120h de aire que entra a 30c y 1atm.Calcule el exceso de aire utilizado.Solucin:

T=30cP=1atmAv=Q=120h Cmara de Combustin

aireProductos

Asumiendo que el porcentaje de aire terico esta dado por: %AIRE TEORICO=..(e)

Ahora la reaccin entra a travs de la cmara de combustin con un flujo msico:===Entonces:AC=En base molar :===4.80

Ahora como final reemplazamos los datos obtenidos en la ecuacin(e)%porcentaje de aire terico: *100=202%

El porcentaje de exceso de aire terico es de : 202%

13.19 Un gas natural de composicin molar del 20% de CH4, 40% de C2H6 y 40% de C3H8 se quema con aire, produciendo unos gases de combustin cuya composicin molar en base seca es del 11.4% de CO2, 1.7% de O2, 1.2% de CO y 85.7% de N2. Calcule el cociente aire-combustible en:a) Base molarb) Base msica

Solucin:

Balanceando:

Hallando el aire terico:

Calculando la relacin aire combustible:

13.20) un fuelleo de anlisis elemental 85.97% de C , 14.2% de H Y 0.1% de cenizas se quema con aire para dar unos productos de composicin molar seca del 12.29% de , 3.76% de.Determine el cociente masico aire -combustible Solucin Asignamos 1kg de combustible + b(0.1229 +0.0376)+C: 0.07136=0.1229b b=0.586H: 0.14073=2C c=0.0704N: 3.76a =0.8395b a=0.1296O: 2a = (b* (2*0.1229)+(2*0.0376))+c2(0.1296)=2*0.5806(0.1224+0.0376)+0.07040.25920.2568(ok)El aire en base molar es:*Si la masa del combustible es de 1kg de combustible entonces *El del aire tiene que ser: 0.1296 *(1+3.76)*28.97=17.87kg de aireEntonces la relacin AC en base msica es la siguiente:AC= 13.21) Pentano () se quema con aire de manera que una fraccin x del carbono se transforma en y el resto aparece como CO, no aparece libre en los gases de la combustin.a) Obtenga una expresin para el porcentaje de aire estequiometrico en funcin de x.b) Represntala grficamente para x variando de 0 a 1Solucin: Datos

La reaccin ser:

Balance:

El porcentaje de aire terico esta dado por:%aire terico=((5x+11)/2)/8 =31.25x+68.75.. (1)a) Aire estequiometrico en funcin de x en porcentaje

b) Grfica

13.23. Para cada una de las mezclas siguientes, determnese el dosado relativo e indquese si la mezcla es pobre o rica:

(a) 1 Ibmol de metano (CH4) y 8 Ibmol de aire.(b) 1 kg de etano (C2H6) y 17,2 kg de aire.a) La ecuacin terica tendr la siguiente estructura.CH4 + A (O2 +3,76 N2) B CO2 + E H2O + D N2Para el Carbono 1 * 1 = B * 1 B = 1 Para el Hidrogeno: 1 * 4 = E *2 E = 2 Para el Oxigeno A * 2 = B*2 + E A =2 Para el Nitrgeno: A * 3,76 * 2 = D * 2 D = 7,52

La ecuacin estequiomtrica correcta ser:

CH4 + 2 (O2 +3,76 N2)CO2 + 2 H2O + 7,52 N2La cantidad de aire terico necesario para esta reaccin en mol es: 2 * (1 +3,76) = 9,52 mol.

Ahora el dosado relativo es: (Mezcla rica)b)C2 H6+ A (O2 +3,76 N2) B CO2 + E H2O + D N2Para el Carbono 2 * 1 = B * 1 B = 2Para el Hidrogeno: 1 * 6 = E *2 E = 3 Para el Oxigeno A * 2 = B*2 + E A =2.5 Para el Nitrgeno: A * 3,76 * 2 = D * 2 D = 9.4

La ecuacin estequiomtrica correcta ser:

CH4 + 2.5 (O2 +3,76 N2)CO2 + 3H2O + 9,4N2

(Mezcla pobre)