Enunciado

Combustível propano ( C 3 H 8 ) é queimado com uma razão ar/combustível de 25 em um forno aquecido à pressão atmosférica. Determine a transferência de calor por quilograma de combustível queimado, considerando que a temperatura dos produtos é tal que a água líquida só começa a se formar nos produtos.

Passo 1

Vamos assumir que:

Existem condições operacionais estáveis.

Ar e gases de combustão são gases ideais.

As energias cinética e potencial são desprezíveis.

A combustão está completa.

Os reagentes estão a 25 ° C e 1 atm.

O combustível está na fase de vapor.

As massas molares de propano e ar são 44 kg / kmol e 29 kg / kmol, respectivamente (Tabela A-1).

Passo 2

A massa de ar por kmol de combustível é

m a r = ( A F ) m c o m b u s t í v e l = 1100 k g   a r / k m o l   c o m b u s t í v e l

O número molar de ar por kmol de combustível é então

N a r = m a r M a r = 37.93   k m o l   a r / k m o l   c o m b u s t í v e l

A equação da combustão pode ser escrita como

C 3 H 8 + ( 37.93 / 4.7 6 ) ( O 2 + 3.76 N 2 ) → 3 C O 2 + 4 H 2 O + x O 2 + ( 37.93 / 4.76 ) × 3.76 N 2

O coeficiente para O 2 é obtido do balanço de O 2 :

( 37.93 / 4.76 ) = 3 + 2 + x → x = 2.968

Substituindo:

C 3 H 8 + 7.968 ( O 2 + 3.76 N 2 ) → 3 C O 2 + 4 H 2 O + 2.968 O 2 + 29.96 N 2

A fração molar de água nos produtos é

y v = N H 2 O N p r o d = 0.1002

A pressão parcial do vapor de água a 1 atm de pressão total é

P v = y v P = 10.15 k P a

Quando esta mistura está na temperatura do ponto de orvalho, o vapor de água é igual à pressão de saturação. Então,

T d p = T s a t   à   10.15 k P a = 320 K

Passo 3

Obtemos propriedades a 320 K (em vez de 319,1 K) para evitar iterações nas tabelas de gás ideais. O processo de combustão térmica é determinado a partir do balanço energético, aplicado na câmara de combustão com W = 0. Reduz para

- Q o u t = ∑ N P ( h º f _ + h _ - h º _ ) P - ∑ N R ( h º f _ + h _ - h º _ ) R

Supondo que o ar e os produtos de combustão ocorram gases, h = h ( T ) . Das tabelas,

Substituindo, temos:

- Q o u t =   - 2017590 k J / k m o l   C 3 H 8

Q o u t = 2017590 k J / k m o l   C 3 H 8

Então a transferência de calor por kg de combustível é

Q o u t = Q o u t _ M c o m b u s t ó v e l = 45850 k J / k g   C 3 H 8

Resposta

Q o u t = 45850 k J / k g   C 3 H 8

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