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Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 64

Para gás natural com análise molar de 86,5 % de C H 4 , 8 % de C 2 H 6 . 2 % de C 3 H s e 3.5 % de N 2 , determine o ar em excesso de combustivel, a 25 ∘ C , l atm

Passo 1

Dados de operação em estado estacionário são fornecidos para o combustor de uma usina de turbina a gás. O volume de controle opera em estado estacionário com Q ˙cv = w cv = 0 e efeitos desprezíveis de energia cinética e a combustão completa de CH4 com excesso de ar é descrita por

C H 4 + 2 × 0 2 + 3.76 → C O 2 + 2 H 2 O + 2 ( x - 1 ) O 2 + 7.52 × N 2

Passo 2

Para combustão com a quantidade teórica de ar, x = 1. Um equilíbrio da taxa de energia em estado estacionário reduz para

O = Q   c v h - 0 c H 4 -   W c v h - 0 c H 4 + h - c H 4 1 + 2 × h - o 2 + 7 . 2 × h - N 2 2 - h - c o 2 + 2 h - H 2 0 + 2 ( x - 1 ) h - 0 2 + 7.52 k h - N 2 3

Com h = h - f 0 + Δ T 1 , e note que   h - f 0 = 0  para  O 2  e  N 2 ,

0 = h - f 0 c H 4 + 2 x [ h - ( 8 ω 0 ) - h - ( 53 ) ] O 2 + 7.52 x - h - ( 860 ) - I 1 ( 537 ) n 2 - - h → f 0 + ħ ( T ) - ħ ( S ) c o 2 - 2 h ^ f ∘ + h - ( T ) - ħ S 3 7 H 20 - 2 ( x - 1 ) [ L - ( T ) - h - ( s η ) ] 0 2 - 7.52 × ( h - ( T ) - h - ( 537 ) ) N 2

= h - f 0 c H 4 - τ f 0 + h - ( T ) - h - ( 537 ) O 2 - 2 h - 0 + h - ⋅ ( T ) - h - ( s } η H 2 0 - 2 x [ h - ∈ T ) - h - ( 860 ) O 2 + 2 ħ C T - h - ( 537 ) 2 - 7.52 x ( h - ( T ) - h - ( 860 ) ]

Passo 3

Introduzindo das tabelas de gás ideal a25 e resolvendo para x

h - f ∘ c H 4 - h - f 0 + h - T - h - 537 c o 2 -   2 h - f 0 + h - ( τ ) - h - ( Ω 37 ) H 2 0 [ h - ( τ ) - h - ( 537 ) ] O 2 2 [ h - ( T ) - h - ( 860 ) ] 0 2 + 7.52 [ h - ( T ) - h - ( 860 ) ] N 2

( - 32,210 ) - [ - 169,300 + h ‾ ( τ ) - 4028 ] C O 2 - 2 [ - 104,040 + h ‾ ( T ) - 4258 ] + 2 [ h ( T ) - 372 ) o 2 2 [ h ‾ ( T ) - 6042 ] 0 2 + 7.52 [ h ‾ ( T ) - 5986 ] N 2

x = - h - c o 2 ( τ ) - 2 h - lnn ⁡ n ( τ ) + 2 h - 0 , ( τ ) + 350,264 2 h - O 2 ( T ) + 7.52 h - N 2 ( T ) - 57099

Cálculo da amostra T = 1860 ∘ R 14 c o ∘ ⁡ F

x = - 19173 - 2 ( 16028 ) + 2 ( 13987 ) + 350,264 2 ( 15987 ) + 7.52 ( 13427 ) - 57099 = 4.55  (355% ar em excesso)

Os dados para a plotagem exigida são obtidos utilizando TI, da seguinte forma:

Código IT

T 1 = 77 / / F T 2 = 400 l l ∘ F T = 1400 l l ∘ F

IT resultados para T = 1400 ∘ F

%  Excesso  = 354.7 %

Observe que o excesso de ar leva à diminuição da temperatura dos produtos da combustão, conforme o esperado.

Resposta

%  Excess o   = 354.7 %

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