Question

Se desea producir 2500 kg de vapor de agua a 120°C en una caldera cuya eficiencia térmica es del 75% y que utilizará como combustible butano (C4H10) cuyo calor de combustión es de 2660kJ/g. El agua está a una temperatura inicial de 15°C. ¿Cuántos kg de combustible se requieren para efectuar el proceso si la presión es de 1 atm?

Answer 1

Para obtener el vapor de agua a 120 °C se necesitan 500840 kg de butano.

Calor necesario para calentar el agua

Conociendo el calor específico del agua podemos calcular el calor necesario para calentar 2500 kg desde 15 °C hasta 100 °C:

$Q=m.C(T_f-T_i)\\\\Q=2500kg.4186\frac{J}{kg\°C}(100\°C-15\°C)\\\\Q=889.525.000J$

Para vaporizar el agua se necesita otra cantidad de calor:

$Q_2=H.m=2260\frac{J}{kg}.2500kg=5.650.000J$

Para calentar el vapor hasta los 120 °C se necesita una cantidad adicional de calor:

$Q_3=m.C_v.(120\°C-100\°C)=2500kg.2080\frac{J}{kg\°C}.(120\°C-100\°C)\\\\Q_3=104.000.000J$

El calor total necesario es;

$Q_{TOT}=889.525.000J+5.650.000J+104.000.000J=999.175.000J$

Y el calor consumido por la caldera si su eficiencia es del 75% es:

$Q_c=\frac{999.175.000J}{0,75}=1.332.233.333J$

Masa de combustible necesaria

Con el valor energético del butano usado como combustible en la caldera podemos calcular la masa de ese gas necesaria para proveer esta cantidad de calor:

$m=\frac{Q}{h}=\frac{1.332.233.333J}{2660\frac{J}{kg}}=500840kg$