Dados operacionais em estado estacionário são fornecidos para uma planta de vapor simples. Trace a vazão mássica do combustível necessário, mikg / h por mw de potência desenvolvida, versus a eficiência térmica da planta, η.

Passo 1

O volume de controle opera estavelmente com W cv = 0 e efeitos desprezíveis de cinetica e energia potencial. (y) 3,76 mols de N2 acompanham cada mol de O2 no ar. N2 é inerte. O ar de combustão e os produtos de combustão são modelados como gases ideais.

Passo 2

Análise: por definição η = w ˙ / Q ˙ ⇒ Φ = w ˙ / η

Q ˙ = N × 10 3 k J / s η em que n é expresso em decimal

Para avaliar o fluxo de massa do tuel, é necessário um balanço de taxa de energia, a equação de reação cúbica e este valor para Q.

A combustão completa de CH4 com a quantidade teórica de ar é determinada por EQ⋅13.4. Combustão completa com 110% do ar teórico é então

C H 4 + 2.2 O 2 + 3.76 N 2 → C O 2 + 2 H 2 O + 0.2 O 2 + 8.272 N 2

Passo 3

Observando que Q ˙ é positivo na divisão da flecha na figura acima, um equilíbrio da taxa de energia em estado estacionário reduz para dar

Q ˙ n ˙ c h 4 = h - ( 1 + 4 ) 1 + 2.2 h - 0 2 + 8.272 h - N 2 2 - h - C O L + 2 h - H 20 + 0.2 h - 0 2 + 8.272 h - N 2 8

Passo 4

Com h - = h - f 0 + Δ h -

Q ˙ n ˙ c h 4 = h - f ∘ c H 4 + 2.2   h - f ∘ O 2 + 8.272 h - f ∘ N 2 - h - f 0 + h - ( 42 ) - h - ( 29 t ) c o 2 + 2 h - f 0 + h - ( 4 n ) - h - ( 2 a t ) H 20   + 0.2 [ h - ( 423 ) - h - ( 24 t ) ] o 2 + 8.272 ( h - ( ψ u ) ) - ħ 2 a 1 N 2

Depois, com os dados das tabelas de gases ideais.

Q ˙ H ˙ CH4  = ( - 74,850 ) - [ - 393,520 + 14333 - 9364 ] - 2 [ - 241,220 + 14,147 - 9,404 ] - 0.2 [ 12,405 - 8,612 ]   - 8.272 [ 12,313 - 8,669 ] = 757,467 k J / k m o l C H 4

Combinando isso com 1

n ˙ C H 4 = N × 10 3 × J / s η ( 757,967 k J / k m o l )

m i c H 4 = N × 10 3 k J / s n [ 757,967 k / k u O ] = 16.04 k g k m o l 3600 s h

m i c H 4 N = 76.18 n k g / h M W (2)

à medida que a eficiência térmica aumenta, menos combustível é necessário por potência desenvolvida, conforme esperado

Resposta

à medida que a eficiência térmica aumenta, menos combustível é necessário por potência desenvolvida, conforme esperado

76.18 n k g / h M W

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