Calculo de La Temperatura Teorica Adiabatica de La Flama

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    31-Jan-2016

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Calculo de La Temperatura Teorica Adiabatica de La Flama

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CALCULO DE LA TEMPERATURA TEORICA ADIABATICA DE LA FLAMA Se tiene un gas natural con el siguiente anlisis qumico en porciento en volumen. CH4 ----- 85% C2H4 ---- 3% C6H6 ---- 3% H2 ------ 5% N2 ------ 4% Si este combustible se quema con un exceso de aire de 20% y si el aire contiene 1.5% de humedad, calcular: a) El volumen del aire terico seco requerido para la combustin (sin exceso) b) El volumen del aire hmedo incluyendo el exceso c) El volumen de los productos de la combustin d) La temperatura adiabtica de la flama. SOLUCIN: Las reacciones de combustin son: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O (1) C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O (2) C6H6 + 15/2O2 = 6CO2 + 3H2O (3) 2H2 + O2 = 2H2O (4) En condiciones normales de temperatura y presin 1 mol ocupa 22.4 lts o una Kmol ocupa 22.4 m3, para la reaccin (1) puede verse que 1 Kmol de CH4 se combina con 44.8 m3 de oxgeno con esta relacin puede calcularse la cantidad de oxgeno necesaria en m3 para quemar 0.85m3 de CH4, as, Oxgeno para CH4 = (44.8/22.4)*0.85 = 1.7 M3 de O2 Para la reaccin (2) Oxgeno para el C2H4 = (3*22.4/22.4)0.03 = 0.09 M3 de O2 Para la reaccin (3): Oxgeno para el C6H6 = (7.5*22.4/22.4)0.03 = 0.225 M3 de O2 Para la reaccin (4): Oxgeno para el H2 = (22.4/2*22.4)*0.05 = 0.025 M3 de O2 OXGENO TOTAL: 1.7 + 0.09 + 0.225 + 0.025 = 2.04 m3 DE OXGENO/m3 comb CALCULO DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIN: 0.85 m3 de CH4 producen: 0.85 m3 de CO2 y 1.7 m3 de H2O 0.03 m3 de C2H4 producen: 0.06 m3 de CO2 y 0.06 m3 de H2O 0.03 m3 de C6H6 producen: 0.18 m3 de CO2 y 0.09 m3 de H2O 0.035m3 de H2 producen: 1.09 m3 de CO2 y 0.05 m3 de H2O c) El aire seco necesario ser 2.04/0.21 = 9.7143 m3 aire/m3 comb c) El aire seco en exceso ser (9.7143)1.2 = 11.6572 m3 Nitrgeno en el aire = 9.2092 m3 Nitrgeno total = N2 are + N2 comb = 9.2092 + 0.04 = 9.2492 m3 c) AIRE HMEDO EN EXCESO - el aire tiene 1.5% de humedad Aire hmedo en exceso = (11.6572)(1.015) = 11.8321 m3 As, puede construirse la siguiente tabla: REACCIN OXGENO CO2 H2O CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 1.7 0.85 1.7 C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O 0.09 0.06 0.06 C6H6 + 7.5O2 = 6CO2 + 3H2O 0.225 0.18 0.09 2H2 + O2 = 2H2O 0.025 0.5 TOTAL 2.04 1.09 1.90 Nitrgeno total 9.2492 m3 H2O en la humedad: (11.8321)0.015 = 0.1774 m2 Agua Total = 1.9 + 0.1774 = 2.0774 m3 Oxgeno inyectado en exceso en el aire que no reacciona (9.7143)(0.20)(0.21) = 0.4080 PRODUCTOS CO2 = 1.09 M3 H2O = 2.0774 M3 N2 = 9.2492 O2 = 0.4080 d) CALCULO DE LA TEMPERATURA ADIABTICA DE LA FLAMA.PC = (8560 cal/m3CO)(0.85m3CO)+0.03(14480 cal/m3) + 0.03(33490) + 0.05(2580) = 8,844.1 cal Se necesitan las capacidades calorficas de los productos, de la combustin, de tablas: CpCO2 = 0.406 + 0.00009 T Kcal/m3 OC CpH2O = 0.373 + 0.00005 T Kcal/m3 OC CpN2 = 0.302 + 0.000022 T Kcal/m3 OC CpO2 = 0.302 + 0.000022 T Kcal/m3 OC CpSO2 = 0.406 + 5 X 10-5 T Kcal/m3 OC Fuente: Allison Butts El contenido calorfico de los productos de la combustin a Tf es: QII = 1.09(0.406 + 0.0009 Tf)Tf + 2.0774(0.373 + 0.00005 Tf)Tf + (9.2492 + 0.408)(0.302 +0.00022T)Tf QII = 4.134 Tf +2.07 E-4 Tf2 -103.32 Reduciendo trminos e igualando con el calor de combustin se llega a la siguiente ecuacin de segundo grado: 4.14 X 10-5 Tf2 + 4.13 Tf - 8844.1 Resolviendo: Tf =- [4.13 +-[ (4.13)2 -4(4.14 X 10-5)(8844.1)(-)]0.5]/2 X 4.14 X 10-5 Tf = 2,097.33 C