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• Norma Rosas

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PROBLEMARIO UNIDAD 3

34. Las cantidades de traza de azufre (S) en el carbón se queman en presencia de oxígeno diatómico (O2) para formar dióxido de azufre (SO2). Determine la masa mínima de oxígeno que se necesita en los reactivos y la masa de dióxido de azufre en los productos cuando se quema 1 kg de azufre. 33. El mezclador de combustibles en un quemador de gas natural mezcla metano (CH4) con aire para formar una mezcla combustible a la salida. Determine los flujos másicos en las dos entradas que se necesitan para producir 0.5 kg/s de una mezcla ideal de combustión a la salida. 32. Se quema n-butano (C4H10) con la cantidad estequiométrica de oxígeno. Determine la fracción molar de dióxido de carbono y agua en los productos de combustión. También calcule el número de moles de dióxido de carbono en los productos por unidad de moles de combustible que se quema. 31. Se quema combustible de propano (C3H8) con la cantidad estequiométrica de aire. Determine la fracción másica de cada producto. Calcule también la masa de agua en los productos y la masa de aire necesaria por unidad de masa de combustible que se quema. 30. Se quema n-octano (C8H18) con la cantidad estequiométrica de aire. Calcule la fracción másica de cada producto y la masa de agua en el producto por unidad de masa de combustible quemado. También calcule la fracción másica de cada reactivo. 29. Se quema acetileno (C2H2) con 10 por ciento de exceso de oxígeno en un soplete de corte. Determine la fracción másica de cada uno de los productos. Calcule la masa de oxígeno que se usa por unidad de masa de acetileno que se quema. 28. Se quema combustible de n-butano (C4H10) con un exceso de aire de 100 por ciento. Determine la fracción molar de cada uno de los productos. También calcule la masa de dióxido de carbono en los productos por unidad de masa del combustible, y la relación aire-combustible. 27. Se quema n-octano (C8H18) con 50 por ciento de exceso de aire. Calcule la fracción másica de cada producto, y la masa de agua en el producto por unidad de masa de producto quemado. También calcule la fracción másica de cada reactivo. 26. Se quema alcohol etílico (C2H5OH) con 70 por ciento de exceso de aire. Calcule la fracción molar de los productos formados y los reactivos. También calcule la masa de agua y el oxígeno contenido en los productos por unidad de masa de combustible quemado. 25. Se quema gasolina (supuesta como C8H18), en un flujo estacionario, con aire en un motor de propulsión por reacción. Si la relación aire-combustible es de 18 kg aire/kg combustible, determine el porcentaje del aire teórico que se usa durante este proceso. 24. Se quema etileno (C2H4) con 175 por ciento del aire teórico durante un proceso de combustión. Suponiendo combustión completa y una presión total de 14.5 psia,

determine a) la relación aire-combustible y b) la temperatura de punto de rocío de los productos. 23. Se quema propileno (C3H6) con 50 por ciento de exceso de aire durante un proceso de combustión. Suponiendo combustión completa y una presión total de 105 kPa, determine a) la relación aire-combustible y b) la temperatura a la que el vapor de agua en los productos comenzará a condensarse. 22. Se quema butano (C4H10) en 200 por ciento del aire teórico. En caso de combustión completa, ¿cuántos kmol de agua se deben rociar en la cámara de combustión por kmol de combustible si los productos de la combustión deben tener una temperatura de punto de rocío de 60 °C cuando la presión del producto es de 100 kPa? 21. Una mezcla combustible de 60 por ciento, a base másica, de metano (CH4) y 40 por ciento de etanol (C2H6O) se quema completamente con aire teórico. Si el flujo total del combustible es de 10 kg/s, determine el flujo necesario de aire. 20. Cierto gas natural tiene el siguiente análisis volumétrico: 65 por ciento de CH4, 8 por ciento de H2, 18 por ciento de N2, 3 por ciento de O2 y 6 por ciento de CO . Este gas se quema ahora por completo con la cantidad estequiométrica de aire seco. ¿Cuál es la relación aire-combustible para este proceso de combustión? 19. Un combustible gaseoso con un análisis volumétrico de 45 por ciento de CH4, 35 por ciento de H2 y 20 por ciento de N2se quema por completo con 130 por ciento del aire teórico. Determine a) la relación aire-combustible y b) la fracción de vapor de agua que condensaría si los gases del producto se enfriaran a 25 °C a 1 atm. 18. Se quema carbono (C) con aire seco. El análisis volumétrico de los productos es de 10.06 por ciento de CO2, 0.42 por ciento de CO, 10.69 por ciento de O2 y 78.83 por ciento de N2. Determine a) la relación aire-combustible y b) el porcentaje del aire teórico usado. 17. Se quema metano (CH4) con aire seco. El análisis de los productos en base seca es de 5.20 por ciento de CO2, 0.33 por ciento de CO, 11.24 por ciento de O2 y 83.23 por ciento de N2. Determine a) la relación aire-combustible y b) el porcentaje usado del aire teórico. 16. Se quema n-octano (C8H18) con 100 por ciento de exceso de aire, y 15 por ciento del carbono en el combustible forma monóxido de carbono. Calcule las fracciones molares de los productos y la temperatura de punto de rocío del vapor de agua en los productos cuando éstos están a una presión de 1 atm. 15. Se quema alcohol metílico (CH3OH) con 100 por ciento de exceso de aire. Durante la combustión 60 por ciento del carbono en el combustible forma CO2 y 40 por ciento es convertido a CO. Escriba la ecuación balanceada de reacción y determine la relación aire-combustible. 14. Se quema alcohol etílico (C2H5OH) con la cantidad estequiométrica de aire. La combustión es incompleta: 10 por ciento (por volumen) del carbono del combustible forma monóxido de carbono, y 5 por ciento del hidrógeno forma OH. Calcule el peso molecular aparente de los productos.

13. Un carbón de Colorado que tiene un análisis elemental (por masa) de 79.61 por ciento de C, 4.66 por ciento de H2, 4.76 por ciento de O2, 1.83 por ciento de N2, 0.52 por ciento de S y 8.62 por ciento de ceniza (no combustibles) se quema con la cantidad estequiométrica de aire. Despreciando el constituyente de aire, calcule las fracciones másicas de los productos y la masa de aire que se necesita por unidad de masa de carbón que se quema. 12. Se quema un carbón de Illinois con análisis elemental (en masa) de 67.40 por ciento de C, 5.31 por ciento de H2, 15.11 por ciento de O2, 1.44 por ciento de N2, 2.36 por ciento de S y 8.38 por ciento de cenizas (no combustibles), con 40 por ciento de exceso de aire. Calcule la masa de aire necesaria por unidad de masa de carbón quemado, y el peso molecular aparente del gas producto, haciendo caso omiso del constituyente de ceniza. 11. Se quema etano (C2H6) a presión atmosférica con la cantidad estequiométrica de aire como el oxidante. Determine el calor rechazado, en kJ/kmol combustible, cuando los productos y los reactivos están a 25 °C y el agua aparece en los productos como vapor. 10. Se mezcla combustible de propano (C3H8) a 25 °C uniformemente con 50 por ciento de exceso de aire a 500 °C, en una cámara de combustión a presión atmosférica. Los productos de combustión salen a 1 500 °C, y el flujo volumétrico del aire es de 1 m 3/s. Determine la razón de transferencia de calor en la cámara de combustión. 9. Se quema metano (CH4) por completo con la cantidad estequiométrica de aire durante un proceso de combustión de flujo estacionario. Si tanto los reactivos como los productos se mantienen a 25 °C y 1 atm y el agua en los productos existe en forma líquida, determine la transferencia térmica de la cámara de combustión durante este proceso. ¿Cuál sería su respuesta si la combustión se llevara a cabo con 100 por ciento de exceso de aire? 8 y 7. Se quema combustible diesel (C12H26) a 77 °F en una cámara de combustión de flujo estacionario con 20 por ciento de exceso de aire que también entra a 77 °F. Los productos salen de la cámara de combustión a 800 R. Suponiendo que la combustión es completa, determine el flujo másico de combustible diesel para suministrar calor a razón de 1.800 Btu/s. 6 y 5. Un carbón de Texas que tiene un análisis final (en masa) de 39.25 por ciento de C, 6.93 por ciento de H2, 41.11 por ciento de O2, 0.72 por ciento de N2, 0.79 por ciento de S y 11.20 por ciento de cenizas (no combustibles) se quema estacionariamente con 40 por ciento de exceso de aire en una caldera de una planta termoeléctrica. El carbón y el aire entran a esta caldera en condiciones estándar y los productos de combustión en la chimenea están a 127 °C. Calcule la transferencia de calor, en kJ/kg combustible, en esta caldera. Incluya el efecto del azufre en el análisis de energía observando que el dióxido de azufre tiene una entalpía de formación de -297,100 kJ/kmol y un calor específico promedio a presión constante de cp=41.7 kJ/kmol · K 4. Calcule los valores caloríficos alto y bajo de un carbón de Illinois que tiene un análisis elemental (por masa) de 67.40 por ciento de C, 5.31 por ciento de H2, 15.11 por ciento

de O2, 1.44 por ciento de N2, 2.36 por ciento de S y 8.38 por ciento de ceniza (no combustibles). La entalpía de formación del SO2 es –297 100 kJ/kmol 3. Se quema combustible de propano (C3H8) con una relación aire-combustible de 25 en un horno de calentamiento a presión atmosférica. Determine la transferencia térmica por kilogramo de combustible quemado cuando la temperatura de los productos es tal que el agua líquida apenas comienza a formarse en los productos. 2. Se quema gas de n-octano (C8H18) con 100 por ciento de exceso de aire en un quemador de presión constante. El aire y el combustible entran estacionariamente a este quemador en condiciones estándar y los productos de la combustión salen a 257 °C. Calcule la transferencia térmica, en kJ/kg combustible, durante esta combustión. 1. El combustible gaseoso E10 es 10 por ciento de etanol (C2H6O) y 90 por ciento de octano (C8H18), sobre la base de kmoles. Este combustible se quema con 110 por ciento de aire teórico. Durante el proceso de combustión, 90 por ciento del carbono en el combustible se convierte a CO2, y 10 por ciento se convierte en CO. Determine a) la ecuación de combustión balanceada, b) la temperatura de punto de rocío de los productos, en °C para una presión de productos de 100 kPa, c) la transferencia de calor para el proceso en kJ después de que se han quemado 2.5 kg de combustible y los reactivos y los productos están a 25 °C mientras el agua en los productos continúa como gas, y d) la humedad relativa del aire atmosférico para el caso en que el aire está a 25 °C y 100 kPa, y se encuentra que los productos contienen 9.57 kmol de vapor de agua por kmol de combustible quemado