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Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 67

Gás propano C H 4   a 25 ∘ C , 1 atm entra e m un reator isolado operando em regime permanente c qucina completancnte com o ar entrando a 25 ∘ C , 1   a t m . Pote a temperatura idiabática de chama versus o percentual de ar tećrico variando de 100 a 200 % . Determine a temperatura dos produtos de combustão.

Passo 1

Uma mistura de e % do ar teórico, inicialmente a 25 ∘ C , 1 atm reage completamente com um recipiente isolado. Dois casos são considerados: (a) reação em volume constante, (b) reação em pressão constante. (1) Para os sistemas apresentados na figura de acompanhamento Q = 0 e não há efeitos de energia cinética ou potencial. (2) A pressão permanece constante. (3) A combustão está completa. (4) 3,76 moles de N2 acompanham cada mol de O2 no ar. (5) A mistura inicial de combustível-ar e os produtos da combustão podem ser modelados como gases ideais.

ANÁLISE: Baseando o cálculo em um mol de combustível inicialmente presente, a reação é descrita por

C H 4 + 4 O 2 + 1.76 N r → C O 2 + 2 H 2 O + 20 2 + 15.04 N 2

Passo 2

O volume é constante. Uma vez que o volume é constante, W = 0, e um equilíbrio de energia reduz com a suposição de ler Δ v = 0

0 = u - c θ 2 + 2 u - N 2 0 + 2 u - 0 2 + 15.04 u - n 2 2 - Q - c H 4 + 4 u - 0 2 + 15.04 u → μ 2 1

Com u - = h - - - R T

0 = h - C O 2 + 2 h - H 20 + 2 h O 2 ¯ + r . 04 h - N 2 2 - h - C H + 4 h - O 2 + 15.04 h - μ 2 1 - 20.04 R T 2 + 20.04 R - T 1

Introduzindo h - = h - f + Δ h - , e note que  ħ f 0 = 0  para  O 2  e  N 2

0 = h - 0 + h - T 2 - h - ( Ω ] 7 O 2 + 2   h - f + h - T 2 - h - ( s ) 7 H 20 + 2 h - T 2 - h - ( 537 ) 0 2 +

15 ⋅ 04 h - T 2 - h - ( 537 ) ω 2 - h 0 f c H 4 -   20.04 2 T 1 + 20.04 R - T 1

Passo 3

Com dados da tabela de gases ideais

h - C O 2 T 2 + 2 h - h 20 T 2 + 2 π θ 2 T 2 + 15.04 h - μ 2 τ 2   + 15.04 h - 10 2 T 2 - 20.04 R ^ T 2 = - [ - 169,300 - 4028 ] -   2 [ - 104,040 - 4258 ] +   2 ( 3725 ) + 15.04 ( 3730 ) - 32,210   - ( 20.04 ) ( 1.986 ) ( 537 )   = 399,891

Resolvendo T 2 ≈ 3260 ∘ R

(b) Pressão é constant e .  Uma vez que press ã o  é  constante W = ∫ p d V = p Δ V -

Δ v = ⧸ Q - p Δ v '

Δ H = 0

h c O 2 + 2 h ^ H 2 0 + 2 h - 0 2 + 15.04 h - μ 2 2 - h - C H 4 + 4 h ^ θ 2 + 15.04 h ^ μ 2 1 = 0

Com h - = h ^ f + Δ h -  e notando que  h - f 0 = 0  para  0 2  e  N 2

h - f 0 + h - T 2 - ħ ( s 37 ) C O 2 + 2 h - f 0 + n - T 2 - ħ ( 537 ) H 20 + 2 h - T 2 - ħ ( 037 ) 0 2 +

15.04 h - T 2 - h - ( 537 ) N 2 - h - f 0 C H 4 = 0

Com dados da tabela do gás ideal A 23 e A 25E

h - e 0 2 T 2 + 2 h - H ω T 2 + 2 h - O 2 T 2 + 15.04 h - 2 2 T 2 = - h → f 0 - h - ( s 37 ) c o 2 -

2 h - f - h - ( 537 ) H 2 0 + 2 h - 0 2 ( 537 ) + 15.04 h - μ 2 ( 537 ) + h f → 0 C H 4

= - [ - 169,300 - 4028 ] - 2 [ - 104040 - 4258 ]

+ 2 ( 3725 ) + 15.04 ( 3730 ) - 32,210

= 421,263

.

Resposta

421,263 k

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