TEMA 5. BALANCES DE ENERGA

INDICE

1. INTRODUCCIN 2. LEY DE CONSERVACIN DE ENERGA 2.1. BALANCES ENTLPICOS 3.EJEMPLOSRESUELTOSDEBALANCESDEMATERIAY ENERGA 4. RELACIN DE PROBLEMAS PROPUESTOS Tema 5Balances de energa Sistema formado por una conduccin de seccin variable* V2 V1 S2 S1 S 1 2 Tema 5Balances de energa Tema 5Balances de energa SISTEMA W > 0W < 0 Q < 0 Q > 0 | | | | | | REACCIN POR APARICIN SALIDA ENTRADA N ACUMULACI + =( ) ( ) ( ) | | | | | | W S V p S V p S q qS S q S V K E S V K E K EdtdT T T' + + + + + + + + = + +2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 | | |( ) ( ) ( ) | | | | W S V p S V p Q S V K E S V K E K EdtdT T T' + + ' + + + + + = + +2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 | | |( ) ( ) | | | | W S V p S V p Q S V K E S V K E'+ +'+ + + + + =2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 10 | |Conveccin forzadaConveccin natural Despreciando la conveccin natural y haciendo Q= qs: Para rgimen estacionario Tema 5Balances de energa Dividiendo por m y haciendo: Tema 5Balances de energa m / Q Q'=m / W W'=02122112221 2 1 2 1= + + + + + Wp pQ ) V V ( ) E E ( ) Z Z ( g pE H + =Introduciendo la entalpa: 0212221 2 1 2 1= + + + + W Q ) V V ( ) H H ( ) Z Z ( g(J/kg) (J/kg) Despreciando las variaciones de energa potencial y cintica frente a las entlpicas y suponiendo que no se intercambia trabajo til con el exterior,Tema 5Balances de energa Q H H = 2 1Balance entlpico + == =ciciref piirefTfii) T T ( C H H1 1La entalpa relativa es: ) T T ( C ) T T ( Cpi i ref pii' + + ' Si hay cambio de estado Teniendo en cuanta la expresin de la entalpa relativa: Tema 5Balances de energa La diferencia de los dos ltimos trminos del primer miembro de esta ecuacin representa la suma de las entalpas de reaccinQ H H ) T T ( C ) T T ( CcirefTfiicirefTfiiciref piiciref pii= + = = = = 1 111 2211111222A = = =reaccrefTRicirefTfiicirefTfiiH H H1 111 22De las ecuaciones anteriores: Tema 5Balances de energa y si en el sistema no se desarrolla ninguna reaccin qumica: Q H ) T T ( C ) T T ( CreaccrefTRiciref piiciref pii= A + = = 11111222Q ) T T ( Ccipii==11 22Si se desea referirlas a la unidad de tiempo, bastar con multiplicarlas por el caudal msico, m, siendo mi= m(i/): Tema 5Balances de energa Q H m ) T T ( C m ) T T ( C mreaccrefTRiciref pi iciref pi i'= A + = = 11 112 2Q ) T T ( C mcipi i'==11 2Comolamayoradelosprocesosindustrialessedesarrollanapresin constante,elcalornecesarioparacalentarunamasaideunasustancia desde T1 a T2 ser: Tema 5Balances de energa }=21TTpi sidT C Q) T T ( C m Qpi i si 1 2 =considerando un valor medio del calor especfico en el intervalo T1-T2 : Para gases reales se han propuesto ecuaciones empricas de tipo cuadrtico: 2cT bT a Cpi+ + =Tema 5Balances de energa Reaccionantes Elementos constituyentes Productos Productos de la combustin oR , fHop , fHoR , cHoP , cHAoRH A A = A A = AoP , coR , coR , foP , foRH H H H HTema 5Balances de energa Reaccionantes a 25CProductos a 25C Productos a T Reaccionantes a T AoRHTRH A=cipR R) T ( C m125 ) T ( C mcipP P=125+ A + = A= =cipP PciR pR RTR) T ( C m H ) T ( C m H1 1025 25Tema 5Balances de energa El xido ntrico se obtiene por oxidacin parcial del amonaco con aire segn: 4 NH3 (g) + 5 O2 (g)4 NO (g) + 6 H2O (g) cuya variacin entlpica de reaccin a 920C vale: AHR25C = -216.42 kcal /4 mol NH3 EnunreactorquetrabajaapresinatmosfricasealimentanNH3(g),a25C,yaireprecalentadoa 750C,alcanzndoseunaconversindel90%paraelamonaco.Lacomposicinmolardelosgases efluentes, en base seca, es: NH3 (0.855%); O2 (11.279%); NO (7.962%); N2 (79.874%) Si la temperatura de los gases efluentes del reactor no puede exceder los 920C, calcular: a) Los kmoles totales de gas efluente por cada 100 kmoles de NH3 alimentados b)Los kmoles de H2O que acompaan a 100 kmoles de gas efluente seco c) El porcentaje de aire alimentado en exceso respecto del aire terico necesario para la oxidacin completa del amonaco. d)El caudal de calor a eliminar en el reactor por cada 100 kmoles de NH3 alimentados Problema 3.1. PRODUCTO CAPACIDAD CALORIFICA MEDIA (J/mol C) INTERVALO DE TEMPERATURA (C) NH3 39.71 25-920 AIRE 31.40 25-920 NO 32.05 25-920 H2O 33.10 25-920 Tema 5Balances de energa Base de clculo = 100 kmoles de corriente S en base seca. 0.885 % NH3 11.279 % O2 7.962 % NO

79.874 % N2 X O2 Y N2 ANH3 4NH3+ 5O2 ---4NO + 6H2O Z H2O Balance N:A + 2Y = 0.885 +7.962+2*(79.874) = 168.595 Balance H:3A = 2Z + 3 (0.885)= 2Z + 2.655 Balance O:2X = z + 2 (11.279) + 7.962 = Z + 30.52 Aire: X/Y = 21/79 X= 21.232 Y = 79.874 Z = 11.943 A = 8.847 Tema 5Balances de energa a) kmoles totales de gas efluente por cada 100 kmoles de NH3 alimentados = = (100 + 11.943) (100/8.847) = 1265.32 kmoles b)kmoles de H2O que acompaan a 100 kmoles de gas efluente seco = 11.943 c) El porcentaje de aire alimentado en exceso respecto del aire terico necesario para la oxidacin completa del amonaco kmoles O2 tericos necesarios = 8.847 (5/4) = 11.058 EXCESO = (21.232 - 11.058)/ (11.058) *100 = 92 % 0.885 kmol NH3 11.279 kmol O2 7.962 kmol NO

79.874 kmol N2 21.232 kmol O2 79.874 kmol N2 8.847 kmolNH3 4NH3+ 5O2 ---4NO + 6H2O 11.943 kmol H2O Tema 5Balances de energa 0.885 kmol NH3 11.279 kmol O2 7.962 kmol NO

79.874 kmol N2 21.232 kmol O2 79.874 kmol N2 8.847 kmolNH3 4NH3+ 5O2 ---4NO + 6H2O 11.943 kmol H2O d)Tomamosahoracomobasedeclculo100kmolesdeA.Las corrientes se calculan multiplicando por el factor (100/8.847) 10kmol NH3 126.532 kmol O2 89.989 kmol NO

902.83 kmol N2 239.99 kmol O2 902.837 kmol N2 100 kmolNH3 4NH3+ 5O2 ---4NO + 6H2O 134.98 kmol H2O Tema 5Balances de energa Balance de energa: Q = EAHProductos - EAHReactivos + EAHReaccin ={(10)(39.71)+(126.532)(31.40)+(902.8)(31.40)+ (89.989)(32.05)+(33.10)(134.98)}(920-25)- {(1142.82)(31.40)}(750-25)+{(90)(-216420/4)(4.18)}= -1.054 107 KJ = - 2.521 106 kcal. 10kmol NH3 126.532 kmol O2 89.989 kmol NO

902.83 kmol N2 239.99 kmol O2 902.837 kmol N2 100 kmolNH3 4NH3+ 5O2 ---4NO + 6H2O 134.98 kmol H2O NH3 O2 N2 NO H2O AIRE 920C750C25CTema 5Balances de energa En un proceso continuo y estacionario para la fabricacin de cido ntrico, segn la reaccin: NO + O2 + H2OHNO3 se logra una conversin del 90% del NO alimentado al reactor. La mezcla gaseosa que se introduce al reactora125C,provienedelaoxidacincatalticadeNH3enunconvertidorconaireadicional, teniendo la siguiente composicin molar : 7.68% de O2, 7.52% de NO, 14.05% de H2O y 70.75% de N2. Por otra, se introduce el agua necesaria para la reaccin, tambin a 125C. Lamezcladereaccinsellevaaunseparadordelqueseobtienendoscorrientes:unagaseosaque puede considerarse libre de agua y una lquida con un 65% en peso de HNO3, esta ltima a razn de 55000 kg/da. Elreactorestdotadodeunsistemaderefrigeracin,queescapazdeeliminardelreactor475000 kcal/h. Determinar: a) La composicin molar y los caudales msicos (kg/h) de todas las corrientes del sistema. b)La temperatura de salida de los gases que abandonan el reactor. Problema 3.2. PRODUCTO CALOR ESPECIFICO (Kcal/kmol C) H2O 8.22 O2 8.27 NO 8.05 N2 6.5 HNO3 32.44 PRODUCTO CALOR DEFORMACIN AHf25C

(kcal/kmol C) H2O -68317 NO 21600 HNO3 -41350 Tema 5Balances de energa NO + 3/4O2 + 1/2H2O =HNO3 Separador 7.68 kmolO2 7.52 kmolNO 14.05 kmol H2O

70.75 kmol N2 XH2O

65 % HNO3 35 % H2O

O2 NO N2 AST P X Base de clculo : 100 kmoles/h de A CORRIENTE S: HNO3:(7.52)(0.9) = 6.768kmolesO2 :(7.68 - (3/4) 6.768) = 2.604kmolesNO : (7.52)(0.1) = 0.752kmolesN2 :70.75 kmolesH2O : (14.05 + x ) - (1/2)(6.768) = ?

Tema 5Balances de energa NO + 3/4O2 + 1/2H2O =HNO3 Separador 7.68 kmolO2 7.52 kmolNO 14.05 kmol H2O

70.75 kmol N2 XH2O

6.768 kmol HNO3 ??kmol H2O

A S T P X CORRIENTE T: O2 :2.604kmolesNO :0.752kmolesN2 :70.75kmolesTOTAL : 74.106 kmoles 6.768 kmoles HNO3 2.604 kmoles O2 0.752 kmles NO 70.75 kmoles N2 ??kmoles H2O2.604 kmol O2 0.752 kmol NO 70.75 kmol N2 CORRIENTE P: HNO3: 6.768kmoles (6.768)(63) = 426.38 kg H2O : (426.38)(0.35/0.65) = 229.59 kg (229.59)/(18) = 12.75 kmoles Balance de agua :(14.05 + x ) - (1/2)(6.768) = 12.75 kmoles; luego x = 2.084 kmol H2O/100 kmol A NO + 3/4O2 + 1/2H2O =HNO3 Separador XH2O

65 % HNO3 6.768 kmol = 426.38 kg 35 % H2O 2.604 kmol O2 0.752 kmolNO 70.75 kmol N2 AT P X Tema 5Balances de energa 6.768 kmoles HNO3 2.604 kmoles O2 0.752 kmles NO 70.75 kmoles N2 ??kmoles H2O7.68 kmolO2 7.52 kmolNO 14.05 kmol H2O

70.75 kmol N2 NO + 3/4O2 + 1/2H2O =HNO3 Separador 2.084 kmolH2O

6.768 kmol = 426.38 kg HNO3 12.75 kmol = 229 kg H2O

2.604 kmol O2 0.752 kmolNO 70.75 kmol N2 AT P X Tema 5Balances de energa 6.768 kmoles HNO3 2.604 kmoles O2 0.752 kmles NO 70.75 kmoles N2 12.75 kmoles H2O7.68 kmolO2 7.52 kmolNO 14.05 kmol H2O

70.75 kmol N2 NO + 3/4O2 + 1/2H2O =HNO3 Separador 100% H2O

34.67% HNO3 65.33% H2O

3.51 % O2 1.01 NO 95.47 % N2 AT P X 7.23 % HNO3 2.78 % O2 0.80 %s NO 75.56 % N2 13.61% H2O7.68 %O2 7.52 %NO 14.05 % H2O

70.75% N2 COMPOSICION DE LAS CORIENTES (% moles) Produccin de P = (229.59 + 426.38) = 655.97 kg Paraunaproduccinde55000kg/da,esdecir2291.66kg/h,hayquerecalcularlas corrientes teniendo en cuenta el factor: (2291.6/655.97) = 3.493 El resultado final es: A = 349.35 kmol/h < > 9449.47 kg/h X = 7.279 kmoles < > 131.03 kg/h S = 327.03 kmoles < > 9580.50 kg/h T = 258.85 kmol/h < > 7289.50 kg/h P = 68.18 kmol/h < > 2291.00 kg/h NO + 3/4O2 + 1/2H2O =HNO3 Separador 2.084 kmolH2O

426.38 kg HNO3 229 kg H2O

2.604 kmol O2 0.752 kmolNO 70.75 kmol N2 AT P X Tema 5Balances de energa 6.768 kmoles HNO3 2.604 kmoles O2 0.752 kmles NO 70.75 kmoles N2 12.75 kmoles H2O7.68 kmolO2 7.52 kmolNO 14.05 kmol H2O

70.75 kmol N2 NO + 3/4O2 + 1/2H2O =HNO3 Separador 2.084 kmolH2O

426.38 kg HNO3 229 kg H2O

2.604 kmol O2 0.752 kmolNO 70.75 kmol N2 125C Tema 5Balances de energa 6.768 kmoles HNO3 2.604 kmoles O2 0.752 kmles NO 70.75 kmoles N2 12.75 kmoles H2Ob)Balance de Energa: EAHProductos - EAHReactivos + EAHreaccin = Q

EAHproductos = (3.493) |(6.768)(32.445) + (0.752)(8.05) + (2.604)(8.27) + (70.75)(6.5) + (12.75)(8.22)| (T- 25) = 2835.8 T - 70895

EAHreactivos=(3.493)|(7.68)(8.27)+(7.52)(8.05)+(14.05)(8.22)+(70.75)(6.5)+ (2.084)(8.22)| (125 - 25) = 250289.55 Kcal/h

EAHreaccin25C = |(3.493)(6.768)||(-41350)-(21600-( 68317/2))| = - 680649 kcal/h

2835.8 T - 70895 250289.55 - 680649 = -475000 T = 185.78 C 125C 7.68 kmolO2 7.52 kmolNO 14.05 kmol H2O

70.75 kmol N2 Tema 5Balances de energa Para fabricar formaldehdo se hace reaccionar una mezcla de metano y aire en un lecho cataltico, en el que tiene lugar la reaccin: CH4 + O2HCOH + H2O Al reactor se alimenta aire fresco y metano a 177C ypresin atmosfrica. Para mejorar el rendimiento se introduce 100% de exceso de aire respecto al estequiomtrico.A pesar deello,slosetransformaenformaldehdoel13%delmetanoalimentado,quemndose0.5%del mismo a dixido de carbono y agua. Los gases calientes abandonan el reactor a 192C.Para eliminar elcalordesprendidoenlareaccinsehacecircularaguaa27Cporunacamisaexterior,delaque sale a 41C. Enunensayode4horasseobtuvieronenlosproductosdereaccin13.3kgdeagua.Calcularel caudal de agua de refrigeracin necesario. Problema 3.3. Componente Calor especfico molar medio (kJ/kmol.K) Entalpa de formacin a 25C (kJ/mol) Metano (g) 129.6 -75.03 Formaldehido (g) 129.6 -40.00 Agua (v) 34.6 -241.60 Dixido de carbono (g) 43.2 -393.10 Oxgeno (g) 32.2 -- Nitrgeno (g) 29.1 -- Tema 5Balances de energa Base de clculo = 100 kmoles/h CH4 Aire alimentado: O2 estequiomtrico = 100 kmoles O2 alimentado = (100)(2) = 200 kmoles N2 alimentado = (200) (0.79/0.21) = 752.4 kmoles Total aire = 952.38 kmoles Gases de salida: N2:752.4kmoles -------------------------------------------- 71.49% CH4 : 100 - (0.13)(100) -(0.005)(100) = 86.5kmoles --8.22% HCOH: (0.13)(100) = 13 kmoles -------------------------1.23% CO2 : (0.005)(100) = 0.5kmoles ---------------------------0.05% O2 : (200 - 13 - (2)(0.5))= 186 kmoles------------------ 17.67% H2O : 13 + (0.5)(2) = 14 kmoles ----------------------------1.34% TOTAL : 1052.4 kmoles -------------------------------------- 100%Aire, 100% exceso CH4 CH4 O2 CO2 N2 H2OHCOH CH4 + O2 == HCOH + H2O (13% conversin) CH4 + 2O2 == CO2 + 2H2O (0.5% conversin) H2O, 27C H2O, 41C Tema 5Balances de energa Como realmente se producen 13.3 kg H2O/4 h, el caudal de agua ser: 13.3/18/4= 0.1847 kmol/h Hay que recalcular todas las corrientes utilizando el factor (0.1847/14) = 0.01319 La solucin ser: Metano alimentado = 1.319 kmoles Aire alimentado: O2 alimentado = 2.638 kmoles N2 alimentado = 9.927 kmoles Total aire = 12.56 kmoles Gases de salida: N2:9.927kmoles ;CH4 : 1.141 kmoles ;HCOH: 0.1715 kmolesCO2 : 0.00659kmoles; O2 : 2.454 kmoles; H2O : 0.1847 kmoles100 kmol CH4 86.5kmol CH4 186 kmol O20.5kmol CO2 752.4 kmol N2 14kmol H2O13kmol HCOH CH4 + O2 == HCOH + H2O (13% conversin) CH4 + 2O2 == CO2 + 2H2O (0.5% conversin) 200 kmol O2 752.38 kmol N2 Tema 5Balances de energa El balance entlpico queda: EAHProductos - EAHReactivos + EAHreaccin = Q

EAHproductos=|(129.6)(1.141)+(129.6)(0.1715)+(34.6)(0.1847)+(43.2)(0.00659)+ (32.2)(2.454) + (29.10)(9.927) | (192- 25) = 90959 KJ/h

EAHreactivos = |(1.319)(129.6) + (2.368)(32.2) + (9.927)(29.1)| (177 - 25) = 81482 KJl/h

EAHreaccin25C = |(0.1715)(-40000 - 241600 - (-75030))| + |(0.00659)(393100 - (2)(241600) - (-75030))| = - 40706 kJl/h

Q = 90959.8 - 81482 - 40706 = - 31228.5 KJ/h = m (4.18) (27-41) m = 533.64 kg/h 1.319 kmol CH4 1.141kmol CH4 2.454 kmol O20.0065kmol CO2 9.927kmol N2 0.1847kmol H2O0.1715 kmol HCOH CH4 + O2 == HCOH + H2O (13% conversin) CH4 + 2O2 == CO2 + 2H2O (0.5% conversin) 2.638 kmol O2 9.927 kmol N2 177C 177C 192C Tema 5Balances de energa 1500 Kg/h de un fuel que contiene un 88% de C y un 12% en peso de H se queman en un horno dando ungasdechimeneaquecontieneCO2,O2,N2yH2O,conlasiguientecomposicinmolarenbase seca: CO2: 13.1%, O2: 3.7 %, N2: 83.2% El aire y el fueloil entran al horno a 25C y el horno pierde por las paredes 4.5-106 kcal/h.Calcular: a) Los kmol de gas de chimenea producidos. b) Los kmoles de agua de combustin en el gas de chimenea por cada 100 kmoles de gas de chimenea seco. c)El exceso de aire empleado d) La temperatura de salida de los gases de chimenea. DATOS: Calores especficos de los gases (kcal/kmol C): CO2: 10.2 ; O2: 7.3; N2: 7.9; H2O (v): 8.3 Variacin entlpica de la reaccin a 25C: C + O2 => CO2 AH0=-94502 kcal/kmol Entalpa de formacin de H2O(1) a 25C : -68320 kcal/kmol Calor latente de vaporizacin del H2O a 25C: 10600 kcal/kmol. Problema 3.4. 3.7 %O213.1 % CO2 83.2 %N2 C + O2 == CO2 H2 + 1/2O2 == H2O Aire, 25C 1500 kg/h fuel-oil, 25C 88% C 12 % H X Y H2O Tema 5Balances de energa 3.7 %O213.1 % CO2 83.2 %N2 C + O2 == CO2 H2 + 1/2O2 == H2O O2 N2 88% C 12 % H2 X Y Base de clculo: 100 kg de fuel-oil ENTRADA FUEL-OIL: C = (88)/(12) = 7.33 kmol H2 = (12/2) = 6 kmol H2O Tema 5Balances de energa 3.7 %O213.1 % CO2 83.2 %N2 C + O2 == CO2 H2 + 1/2O2 == H2O O2 N2 7.33 kmol C 6 kmol H2 X Y GAS DE CHIMENEA: CO2 = 7.33 kmol H2O = 6 kmol Balance de carbono (kmoles) :7.33 = Y (0.131) => Y = 55.95 kmoles Balance de nitrgeno (koles) : X (0.79) = Y (0.832) => X = 58.93 kmoles aire O2 = (0.21)(58.93) = 12.38 kmoles N2 = (0.79)(58.93) = 46.55 kmoles H2O Tema 5Balances de energa 2.07kmol O27.33kmolCO2 46.55 kmolN2 C + O2 == CO2 H2 + 1/2O2 == H2O 7.33 kmol C 6 kmol H2 X Y Por lo tanto, la composicin del gas de chimenea queda:Compuesto Base hmeda Base seca CO2 7.33 7.33 O2 (55.95)(0.037)=2.07 2.07 N2 (55.95)(0.832)=46.55 46.55 H2O 6 -- TOTAL 61.95 55.95 12.38kmol O246.55 kmolN2 6 kmol H2O Tema 5Balances de energa 1500 kg/h fuel-oil, 25C a) (61.95)(1500/100) = 929.25 kmol/h gas de chimenea. b)(6)(100/55.95) = 10.72 kmol H2O/100 kmol gas chimenea seco. c) O2 terico = 7.33 + (6/2) = 10.33 kmoles < > (10.33)(100/21)=49.21 kmol aire

% exceso = (58.93 - 49.21)/(49.21) x 100 = 19.75 % 2.07kmol O27.33kmolCO2 46.55 kmolN2 C + O2 == CO2 H2 + 1/2O2 == H2O 7.33 kmol C 6 kmol H2 X Y 12.38kmol O246.55 kmolN2 TOTAL= 58.93 kmol aire 6 kmol H2O Tema 5Balances de energa Balance de energa:EAHProductos - EAHReactivos + EAHreaccin = Q EAHproductos=|(7.33)(10.2)+(2.07)(7.3)+(46.55)(7.0)+(6.0)(8.3)|(T-25)+[(10600)(6)] = 465.53 (T - 25) + 63600 kcal /100 kg fueloil EAHreactivos = 0 EAHreaccin25C = |(7.33)(-94502)| + |(6)(-68320)| = - 1102620 kcal/100 kg fueloil Q = |(-4.5 106)(100)|/(1500) = - 3 105 kcal/100 kg fueloil 465.53 T - 11638.3 + 63600 - 1102620 = - 3.0 105 T = 1612.5C 1500 kg/h fuel-oil, 25C 2.07kmol O27.33kmolCO2 46.55 kmolN2 C + O2 == CO2 H2 + 1/2O2 == H2O 7.33 kmol C 6 kmol H2 25C T 12.38kmol O246.55 kmolN2 TOTAL= 58.93 kmol aire 6 kmol H2O Tema 5Balances de energa Butanoa25Csequemaconairea25C.Suponiendoquelacombustinescompletaytienelugar adiabticamente,determinarlatemperaturaquealcanzanlosgasesdecombustin(temperatura terica de llama) en los siguientes casos: a)El aire se encuentra seco y se introduce en la proporcin estequiomtrica b)El aire se encuentra seco y se introduce en un 75% de excesoc)Elairellevahumedad(0.03225molagua/molaire)yseintroduceenun75%en exceso. Datos: 2 C4H10 + 13 O2 10H2O + 8 CO2;AHR25C = - 635348 kcal/kmol Los calores molares de los gases de combustin estn en funcin de la temperatura (K): Cp = a + bT(kcal/kmol) Problema 4.1. GASES a b-102 CO2 6,339 1,014 H2O 7,136 0,264 O2 6,117 0,3167 N2 6,457 0,1389 Tema 5Balances de energa A un horno se alimenta un gas de coquera con la siguiente composicin molar: H2= 56%; CH4=28%; CO=10%; CO2=5%; N2=1%. Se quema con un 50% en exceso de aire. El gas se introduce a 50C y el aire a 125C. a)Escriba y ajuste las reacciones de combustinb)Calcule la composicin de la corriente de salida del horno. c)Calculelamximatemperatura(temperatura adiabtica) a que pueden salirlos gases de combustin suponiendo que esta se completa. Problema 4.2. COMPUESTO ENTALPA DE FORMACIN A 25 C kcal/mol CH4 -17.9 CO -26.4 CO2 -94.1 H2O (v) -57.8 COMPUESTO CALORES MOLARES MEDIOS PARA EL INTERVALO 200-2000 K cal/mol K CH4 21.2 CO 7.5 CO2 12.9 O2 8.35 N2 8.05 H2 7.6 H2O (v) 8.1 Tema 5Balances de energa Enunhornosequemantotalmenteconaireseco1500kg/hdeunfuel-oilconunarelacinmsica C/H2 = 7.33, obtenindose un gas de chimenea. El aire y el fuel-oil entran al horno a 25C y en ste se producen unas prdidas de 4.5 106 kcal/h. Calcular: a)El caudal molar y la composicin del gas de chimenea si se introduce aire seco en proporcin estequiomtrica.b)Si se introduce aire hmedo (2 kg de vapor de agua por cada 100 kg de aire seco) y en un exceso del 20% sobre el estequimtrico, calcular el nuevo caudal y la composicin del gas de chimenea.c)La temperatura de salida del gas de chimenea para el caso contemplado en el apartado b).DATOS: Entalpas de combustin a 25C: C + O2 CO2 AH =-94502 cal/mol de C H2 + O2H2O (v) AH =-57800 cal/mol de H2 Calor latente de vaporizacin del agua a 25C: 10517 cal/mol Problema 4.3. COMPUESTO CALOR ESPECFICO MOLAR MEDIO (cal/mol C) CO2 10.2 O2 7.3 N2 7.0 H2O (v) 8.3 Tema 5Balances de energa Sequemametanol(CH3OH)lquidocon100%deaireenexceso.Elingenieroquediseaelhorno debe calcular la temperatura ms alta que deben soportar las paredes del mismo, de manera que pueda seleccionar un material apropiado de construccin. Efecte este clculo, suponiendo que el metanol se alimenta a 25C y que el aire entra a 100C. (El sistema es adiabtico). DATOS: CH3OH (l) + 3/2 O2 CO2 + 2 H2OAHR (25C) = -726.6 kJ/mol

Capacidades calorficas: Cp = a + b T + c T2 Problema 4.4. Compuesto a b c CO2 36.11 4.233 10-2 -2.887 10-5 H2O 33.46 0.688 10-2 0.7604 10-5 O2 29.10 1.158 10-2 -0.6076 10-5 N2 29.00 0.2199 10-2 0.5723 10-5