Question

Etileno C2H4 gaseoso entra a una cámara de combustión adiabática a 25°C y 1 atm, y se quema con 20 por ciento de exceso de aire que entra a 25°C y 1 atm. La combustión es completa, y los productos salen de la cámara de combustión a la presión de 1 atm. La combustión a la presión de 1 atm. Suponiendo T0=25°C, determine
a) la temperatura de los productos,
b) la generación de entropía
c) la destrucción de exergía.

Answer 1

El valor de la temperatura de los productos lueo de la combustion es de

T = 2269.6 °K

ademas la generacion de entropia y exergia de destruccion es

Sgen = 1311.28 kJ/kmol °K C2H4

Xd = 390760 kJ C2H4

Explicación:

   El combustible se quema por completo con elexceso de aire, el producto contendra

CO2, H2O, N2 y O2

La ecuacion considerando 1Kmol de C2H4

C2H4(g) + 1.2ath (O2 + 3.76N2) → 2CO2 + 2H2O + 0.2athO2 + 1.2*3.76athN2

ath : Coeficiente estequimetrico, determinamos por el balance de O2

1.2ath → 2 + 1 + 0.2ath

ath = 3     Sustituimos el valor en la ecuacion

C2H4(g) + 1.2*3 (O2 + 3.76N2) → 2CO2 + 2H2O + 0.2*3O2 + 1.2*3.76*3N2

Ecuacion de energia de flujo constante

∑Np(hf° + h - h°)p = ∑Nr(hf°)r = (Nhf)c2h4

Buscamos los valores de hf° y h en tablas

                hf° (kJ/kmol)        h(298K) (kJ/kmol)

C2H4 (g)     52280                        --

O2                  0                         8682

N2                   0                         8669

H20 (g)       -241820                   9904

CO2          -393520                    9364

Sustituimos valores

2(-393520 + hCO2 - 9364) + 2(-241820 + hH2O - 9904) + 0.6(0 + hO2 - 8682) + 13.54(0 + hhN2 - 8669) = 1(52280)

2hCO2 + 2hH2O + 0.6hO2 + 13.54hN2 = 1484083 kJ

Usando el metodo de ensayo y error en tablas luego de dividir el lado derecho de la ecuacion por cada mol de los productos (para tomar valor de aproximacion y tantear) obtenemos un temperatura de

T = 2269.6 °K

Entropia Generada

Sgen = Sp - Sr

Calculamos las entropias a presion parcial de los componentes que es igual Pi = yi( fraccion molar), tabla

                 Ni              yi          si°(T,1atm)       Ruln(yipm)            Nisi

C2H4 (g )    1               1             219.83                 ---                219.83

O2             3.6             0.21        204.14            -12.98              784.87

N2            13.54          0.79       191.61              -1.96             2620.94

                                                                                  Sr = 3625.64 kJ/°Kkmol

                  Ni              yi          si°(T,1atm)       Ruln(yipm)            Nisi

CO2           2            0.1103     316.881            -18.329                 670.42

H20           2            0.1103     271.134            -18.329                 578.93

O2             0.6        0.0331     273.467           -28.336                181.08

N2             13.54     0.7464    256.541            -2.432                 3506.49

                                                                                 Sp = 4936.92 kJ/°K kmol

Sgen = 4936.92 kJ/°K kmol - 3625.64 kJ/°K kmol

Sgen = 1311.28 kJ/kmol °K C2H4

Exergia

Xd = ToSgen

Xd = 298°K*1311.28 kJ/kmol °K

Xd = 390760 kJ/kg C2H4