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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 77

A câmara de combustão de uma turbina a gás é alimentada com n - b u t a n o liquido a 25 ° C e com ar, na quantidade estequiométrica, a 400   K e a 1   M P a . A combustão é completa e os produtos deixam a câmara de combustão na temperatura adiabática de chama. Como esta temperatura é alta, os produtos de combustão são misturados com ar secundário, a 1   M P a e 400   K , de modo a obter uma mistura a 1400   K . Mostre que a temperatura dos produtos de combustão, na seção de saída da câmara de combustão, é maior do que 1400   K e determine a relação entre as vazões de ar secundário e primário.

Passo 1

EAE PESSOAL, tudo tranquilo? Espero que sim, sigam-me para resolvermos essa questão na tranquilidade! Primeiramente, sabemos que esse problema aborda reações químicas, logo, teremos que ilustrar a reação que ocorre para calcularmos o que se pede na questão, por meio da entropia, observe a reação descrita (já balanceada):

C 4 H 10 +   6.5   O 2 +   6.5   x   3.76   N 2 → 5   H 2 O + 4   C O 2 +   24.44   N 2

Agora, observe o diagrama da máquina, no qual descreve o processo:

Com tudo isso ilustrado, basta mostrar a equação que usaremos:

H a r + H c o m b u s t i v e l = H r = H p

H P ° + ∆ H P = H R ° + ∆ H R

∆ H P = H R ° + ∆ H R -   H P °

∆ H P = - H R P ° + ∆ H R (1)

Agora, podemos ir para a resolução sem medo! Utilizaremos a reação química balanceada para obter o valor de entalpia para o calculo de ∆ H P na equação (1)!

Passo 2

Primeiramente, iremos calcular a entalpia dos produtos a 400 K :

∆ H P   400 = - H R P ° + ∆ H R

∆ H P   400 = 45344   x   58.124 + 6.5 ( 3.76   x   2971 + 3027 )

∆ H P   400 = 2   727   861   k J / k m o l

Agora, iremos calcular a entalpia dos produtos a 1400 K :

∆ H P   1400 = - H R P ° + ∆ H R

∆ H P   1400 = 5   x   43491 + 4   x   55895 + 24.44   x   34936

∆ H P   1400 = 1   294   871 <   ∆ H P

Agora, na câmera de mistura temos o processo envolvendo o ar ( v 02   O 2 + 3.76   N 2 ) , logo, a equação de energia fica:

∆ H P   400 + v 02   ∆ H a   40 r =   ∆ H P   1400 +   v 02   ∆ H a r   1400

v 02 = ∆ H P   400 - ∆ H P   1400   ∆ H a r   1400 - ∆ H a r   400  

v 02 = ∆ H P   400 - ∆ H P   1400   ∆ H a r   1400 - ∆ H a r   400  

v 02 = 1432990 168317 - 14198  

v 02   s e g u n d o = 9.3  

Como temos o valor do segundo fluxo de ar, basta dividir pelo primeiro que teremos nossa resposta (o valor do primeiro fluxo de ar está na reação descrita no enunciado):

r a z a o = v O 2   s e g u n d o v O 2   p r i m e i r o

r a z a o = 9.3 6.5

r a z a o = 1.43

É só isso por hoje! Até a próxima pessoal!

Resposta

r a z a o = 1.43

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