Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 97
Hidrogênio (H2) é queimado com 100% de excesso de ar que entra na câmara de combustão a 90 °F, 14,5 psia e 60% de umidade relativa. Considerando uma combustão completa, determine
(a) a razão ar/combustível e (b) a vazão volumétrica de ar necessária para queimar o hidrogênio a uma taxa de 25 lbm/h.
Passo 1
Entendendo o problema:
A questão trata de um processo de combustão, em que é utilizado como combustível. O está em excesso, e a combustão é admitida como completa, o que significa que há como produtor da combustão somente o . O processo está esquematizado na Figura 1.
Figura 1: Combustão de H2 em presença de ar a 90°F
O primeiro passo é estabelecer a equação de combustão, devidamente balanceada. Temos a seguinte equação:
Nessa equação, temos as seguintes considerações:
- O ar do processo é considerado como uma mistura de , com aproximadamente respectivamente. A proporção em mol é 3,76 mols e para cada 1 mol de
- a é o coeficiente estequiométrico a ser determinado para balancear a equação
- O fator 2 que multiplica o coeficiente estequiométrico do ar no lado dos reagentes, contabiliza o excesso de de ar que entra na câmera para a combustão.
Pelo balanço do oxigênio:
Então a equação fica:
Passo 2
Calculando a razão ar/combustível (item a)
Pela equação de balanço, portanto, para cada mol de combustível ), são necessários 4,76 mols de ar seco. Necessitamos contabilizar a unidade de do ar, dado no enunciado. A pressão do vapor d’água contido no ar pode ser calculada como:
O número de mols de vapor d’água é então calculado como:
Reescrevendo a equação de balanço, considerando o vapor d’água presente e balanceando a quantidade de no lado reagente e no produto, a equação se torna:
Lembrando que as massas molares do ar, e água são respectivamente , e , a razão ar/combustível é dada por:
Passo 3
Calculando a vazão volumétrica de ar: ( item b)
Uma vez considerada a taxa mássica com que o hidrogênio é consumido, pode-se determinar a taxa mássica por ar pela expressão:
A massa de ar por mol do problema é determinada pela expressão:
Que considera a mistura de ar seco com vapor d’água. y é a fração molar de vapor d’água, dada por:
Assim:
Assumindo a mistura com um gás ideal, é possível calcular o volume específico como:
E finalmente a taxa volumétrica é dada por:
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)