Máquinas Térmicas

MÁQUINAS TÉRMICAS SEMESTRE 242 PROVA PARA COMPOSIÇÃO DA NOTA 2 vale 50100 ALUNO 1 Gás hexano C6H14 é queimado com 100 de ar teórico conforme mostrado na Figura 1 A composição molar das correntes 1 2 e 3 são apresentadas na Tabela 1 Vale 30 p T h Φm p Pressure bar T Temperature ºC h Enthalpy kJkg Φm Mass flow kgs λ Airfactor LHV fuel Lower heating value fuel kJkg ΦEin Energy input kW ηext Functional Exergy eff ηexu Universal Exergy eff ΦEout Exergy loss kW LHVfuel 451021 kJkg Φetin 4510100 kW ΦEout 4768523 kW 1000 2500 194028 1000 100 ηext 7006 ηexu 7077 1000 2500 8875 15329 1000 211400 20214 16329 Figura 1 Composition number 1 2 3 N2 07729 07180 O2 02075 00000 H2O 00101 01514 AR 00092 00085 CO2 00003 01220 C6H14 10000 Avgmolemass kgkmol 2885 8618 2855 LHV kJmol 000 388690 000 HHV kJmol 000 419482 000 Tabela 1 a Demonstre os valores das entalpias das três correntes 1 2 e 3 Vale 1030 b determine o PCI do combustível em kJkmol e em kJkg Vale 07530 c Encontre a razão arhexano na base molar e mássica Vale 07530 d se a reação de combustão do hexano ocorresse com 90 de ar teórico produzindo além de CO2 H2O e N2 produzisse mais CO escreva a reação de combustão indicando os coeficientes do CO2 do CO do H2O e do N2 Vale 0530 2 Em uma certa aplicação industrial propano C3H8g é misturado com ar a 500 K e 01 MPa A mistura arcombustível é direcionada para uma câmara de combustão onde os produtos da combustão saem a uma temperatura de 1300 K e 01 MPa Com um analisador de gases é medido a composição dos gases de exaustão na base seca volumétrica e é encontrado 1122 CO2 089 CO 288 O2 e 8501 N2 em volume Vale 20 Com esses dados determinar a Razão de equivalência desse processo de combustão 1020 b O calor gerado em kJkmol de combustível 1020 1 Corrente 1 ar Como o ar se encontra à 25 ºC os componentes serão basicamente influenciados pela sua entalpia de formação HN2 mN2 Ĥfº 07729 0 0 HO2 mO2 Ĥfº 02075 0 0 HH2O mH2O Ĥfº 00101 241 826 244244 kJ Har man Ĥ 00092 MAr Cp ΔTº0 0 HCO2 mCO2 Ĥfº 00003 393 522 118056 kJ H1 HN2 HO2 HH2O Har HCO2 25605 kJKmol h1 H1 Man 25605 2885 8875 kJkg Corrente 2 combustível Como o combustível se encontra a 25º e 1 bar temse que Hcomb Mcomb Ĥfº 1 167 300 167 300 kJ Kmol h2 Hcomb Mcomb 167300 8618 h2 194128 kJkg Corrente 3 produtos da combustão HN2 mN2 Ĥfº Ĥ2337K 0718 0 7016693 5037986 kJ 2144ºC 273 2387k todos os dados foram interpolados entre 2200K e 2400K na tabela A9 HO2 mO2 hfo h2387k 0 pois mO2 0 HH2O mH2O hfo h2387k 01514 241 826 930528 225243 kJ HAr mAr hAr 00085 Cpar 0522387 298 Mar39918 36886 kJ HCO2 mCO2 hfo h2387k 01220 393 522 149 7899 3398151 kJ Logo H3 HN2 HO2 HH2O HAr HCO2 575708 kJkmol h3 H3 M3 575705 2855 2017 kJkg a C6H14 a O2 376 N2 b CO2 c H2O d N2 Pela conservação da massa b6 c7 2a 2b c a b c2 672 95 d 376 a 3572 Logo C6H14 95 O2 376 N2 6CO2 7H2O 3572N2 Considerando que os reagentes e produtos se encontram nas condições de temperatura de 25 C e 1 bar H2 reag HN2 reag HN2 prod 0 Assim PCI HCO2 HH2O Hcomb mCO2 hfCO2o mH2O hfH2Oo Hcomb PCI 6393522 7241826 167300 PCI 3866614 kJkmol base molar PCI 3866614 86178 4509984 kJkg base massica c ACinden mar mcomb a 476 1 95 476 1 ACinden 4522 kmolar kmolcomb ACmassica mar mcomb Man Man Mcomb Mcomb 2896 95 476 86178 1 ACmassica 15196 kgar kgcomb 09 95 855 d C6H14 09a O2 376 N2 b CO2 c CO d H2O e N2 Pela conservação da massa 2d 14 d 7 kmols 6 b c b c 6 1 2 855 2b c d 171 2b c 7 2b c 101 2 855 376 e e 32148 kmols Resolvendo o sistema de eq 1 e 2 temse 2b c 101 b c 6 b 41 kmols b c 6 41 c 6 c 641 19 kmols Logo a equação da combustão se tornará C6H14 855 O2 376 N2 41 CO2 19 CO 7 H2O 32148 N2 2 a x C3H8 a O2 376 N2 01122 CO2 00089 CO 00288 O2 025011 N2 6 H2O Pela conservação da massa 3 x 01122 00089 x 004037 kmols 8 x 2b b 4x 016147 kmols 376 a 08501 a 022609 kmols Logo a reação química será 004037 C3H8 022609 O2 376 N2 01122 CO2 00089 CO 00288 O2 08501 N2 004037 H2O Para a combustão completa teórica não haverá CO e O2 nos produtos assim 004037 C3H8 a O2 376 N2 b CO2 c H2O d N2 Pela conservação da massa 3 004037 b b 01211 kmols 8 004037 2c c 4 004037 016147 kmols 2a 2b c a b c2 01211 016147 2 a 020183 kmols 376 a d d 075 889 kmols Considerando Mar 2897 kgkmol Mcomb 44094 kgkmol ACreal mar mcomb 022609 476 2896 004037 44094 17508 kgarkgcomb ACteo marteo mcombteo 020183 476 2896 004037 44094 15630 kgarkgcomb Da definição de razão de equivalência λ ACreal ACst 17508 1563 λ 112 b Para estimarmos o calor gerado é preciso obter a entalpia do produto e do reagente para isso serão consideradas as tabelas A7 A9 e A10 do livro do Van Wylen Reagentes supondo que o combustível esteja a 25C e 100kPa hcomb hf 103900 kJkmol Hcomb mcomb hcomb 004037 103900 4194097 kJ Cur Tabela A7 para 500K har 50336 kJKg Har mar har Mar Mar har 2896 022609 50336 Har 3295783 kJ Hreag Hcomb Har 898314 kJ Produtos CO2 Hco2 mco2 hco2 mco2 hofg h1300k 01122 393522 50148 da Tabela A9 Hco2 38526563 kJ CO Hco mco hco mco hofg h1300k 00089 110527 31867 Da Tabela A9 Hco 1267307 kJ O2 Ho2 mo2 ho2 mo2 h900k 00288 33345 Ho2 960336 kJ N2 Hn2 mn2 hn2 mn2 h1300k 08501 31503 Hn2 267807 kJ H2o Hh2o mh2o hh2o mh2o hofg h1300k 01647 241826 38941 Da Tabela A9 Hh2o 3275984 kJ Assim Hprod Hco2 Hco Ho2 Hn2 Hh2o 42278061 kJ Da 1a Lei da Termodinâmica Q Hprod Hreag 42278061 898314 Q 4137974 kJ kmol comb