1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA 2. TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. 3. COMBUSTIÓN 4. ANÁLISIS EXERGÉTICO. TEMA 7: Psicometría y combustión
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- Susana Castilla Cordero
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1 TEMA 7: Pscometría y combustón 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Humedad específca y relatva del are. Temperatura de punto de rocío, de saturacón adabátca y de bulbo húmedo. Dagrama pscrométrco.. TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. Equlbro químco. 3. COMBUSTIÓN Combustbles. Entalpía de formacón y de combustón. Temperatura de combustón adabátca. Analss de sístemas reactvos (1ª y ª Ley) 4. ANÁLISIS EXERGÉTICO
2 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA AIRE: - ATMOSFÉRICO: Mezcla de gases que se encuentra compuesta prncpalmente por un 1% de oxgeno, 78% de ntrógeno y el resto otra sere de componentes entre los que se encuentra el vapor de agua. - SECO: Mezcla de gases que se encuentra compuesta UNICAMENTE por oxgeno y ntrógeno. Are seco Vapor de agua Composcón NO constante Condensacón/evaporacón -1 a 5 ºC Gases deales C p constante Dh??? P = P a + P v (LEY DE DALTON) P v Presón que el vapor de agua ejercería s exstera sólo a la temperatura y volumen de la mezcla h vapor de agua (T) = h vapor saturado (T) T v <5 ºC h= f(t)
3 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO PROPIEDADES RELACIONADAS CON LA MASA DE VAPOR DE AGUA: HUMEDAD ABSOLUTA HUMEDAD RELATIVA PRESIÓN DE VAPOR PROPIEDADES RELACIONADAS CON LA TEMPERATURA: TEMPERATURA DEL BULBO SECO TEMPERATURA DEL BULBO HÚMEDO TEMPERATURA DE ROCIO PROPIEDADES RELACIONADAS CON EL VOLUMEN Y LA ENERGÍA: VOLUMEN ESPECÍFICO CALOR ESPECÍFICO ENTALPÍA Termómetro ordnaro Termómetro bulbo seco Corrente de are V m/s Algodón Agua Líquda
4 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Humedad específca o absoluta. Masa de vapor de agua presente en una masa untara (kg de agua/ kg de are seco) Humedad relatva. (kg de agua/ kg de agua) Are seco <Humedad relatva<1 Are saturado (J/Kg are seco) 1 kg are seco w kg 1 + w kg are humedo Valores de la presón de saturacón del are, a dstntas temperaturas, se pueden obtener de tablas
5 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco
6 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco
7 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco: TEMPERATURA DEL BULBO HUMEDO
8 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco: HUMEDAD ESPECÍFICA
9 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco: HUMEDAD RELATIVA (f)
10 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco: Temperatura de Roco
11 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco: Entalpía
12 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco: Volumen específco
13 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Dagrama pscrométrco
14 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Una habtacón contene are a 1 atm, 3 ºC y humedad relatva del 7 %. Determne: a) Humedad específca b) Entalpía del are seco c) Temperatura de bulbo húmedo d) Temperatura de punto de roco e) Volumen específco del are Use la carta pscrométrca
15 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA a) Humedad específca ( 1,5 g agua/kg are seco) b) Entalpía del are seco (55, kj/kg de are seco) c) Temperatura de bulbo húmedo (19,5 ºC) d) Temperatura de punto de roco (17 ºC) e) Volumen específco del are (,86 m 3 /kg are seco)
16 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA
17 TEMA 6: Pscometría y combustón 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Humedad específca y relatva del are. Temperatura de punto de rocío, de saturacón adabátca y de bulbo húmedo. Dagrama pscrométrco.. TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. Equlbro químco. 3. COMBUSTIÓN Combustbles. Entalpía de formacón y de combustón. Temperatura de combustón adabátca. Analss de sístemas reactvos (1ª y ª Ley)
18 . TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Equlbro químco: CONSTANTES DE EQUILIBRIO A A B B C C dn : Cambo dferencal en el número de moles de A. A D D : Coefcentes estequométrcos (relaconar el cambo en el número de moles entre los dferentes componentes) A, B, C y D: Especes químcas.
19 . TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Equlbro químco: CONSTANTES DE EQUILIBRIO C dn dg 1 o o o f f RT a RT ln ln D o o R G DG Ro : Varacón de la energía lbre de Gbbs de la reaccón en condcones estándar (1 atm y 5 ºC). C C a RT a RT 1 1 ) ( ln ln ln 1 D C o R a RT G R B A D C D C B A C K a a a a a a a a a B A D C D C B A 1 Solucones deales, a = c ( ) ln D R o R K RT G ( ) RT G K o R R D ln
20 . TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Desplazamento del equlbro Prncpo de Le Chateler: cualquer nfluenca externa que perturbe el equlbro de un sstema provoca en éste cambos que tenden a contrarrestar dcha nfluenca. Presón
21 . TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Temperatura : nfluye tanto en el caso de gases y vapores como en líqudos. DG o R DH o R TDS o R o o o o DGR ( DH R TDS R ) DH R DS R d ln K R DH R ln K R RT RT RT R dt RT o o = f (sgno de DH R o)
22
23
24 . TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Constantes de equlbro para mezclas de gases deales
25 TEMA 6: Pscometría y combustón 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Humedad específca y relatva del are. Temperatura de punto de rocío, de saturacón adabátca y de bulbo húmedo. Dagrama pscrométrco.. TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. Equlbro químco. 3. COMBUSTIÓN Combustbles. Entalpía de formacón y de combustón. Temperatura de combustón adabátca. Analss de sístemas reactvos (1ª y ª Ley) 4. ANÁLISIS EXERGÉTICO
26 3. COMBUSTIÓN Combustble: Cualquer materal que pueda quemarse para lberar energía.. Combustble hdrocarburo (C + H) C n H m Gas natural: Metano C H 4 Gas Lqudo Sóldo LPG: Propano C H 6 Octano C 8 H 18 Dodecano C 1 H 6 Combustón: Reaccón químca durante la cual se oxda um combustble y se lbera gran cantdad de energía. C n H m + O CO + H O? Are 1% O + 79% N 1 kmol O + 3,76 kmol N = 4,76 kmol are
27 Combustón: C n H m + O CO + H O 3. COMBUSTIÓN Temperatura de gncón: 6 ºC gasolnas, 4 ºC carbón, 58 ºC metano. La masa total de cada elemento se conserva durante una reaccón químca. El número total de moles no se conserva durante una reaccón químca. Relacón are combustble: Masa de are /masa de combustble ó moles de are/moles de combustble.? CAMARA DE COMBUSTIÓN C n H n+ Metano Etano Propano Butano Octano Dodecano C n H m +?O +?N nco + m/ H O + O + N Combustón ncompleta Oxígeno nsufcente. Mezclado nsufcente. Dsocacón provocada por las altas temperaturas.
28 3. COMBUSTIÓN Combustble: Cualquer materal que pueda quemarse para lberar energía..
29 3. COMBUSTIÓN Combustón: Are estequométrco C n H m +? O +?N n CO + m/ H O + N Are real > are estequeométrco Sustancas que se pueden encontrar en los humos: ANALIZADOR DE ORSAT
30 3. COMBUSTIÓN Entalpía de formacón y entalpía de combustón Las moléculas de un sstema poseen energía en dversas formas: - Energía sensble - Energía latente Cambo de estado - Energía químca - Energía nuclear Estructura molecular D E sstema = D E estado + D E químca S no hay cambo de estado: D E sstema = D E químca Estado de referenca? 5ºC y 1 atm (h u ) Energía lberada = H prod H react = h g = h c CAMARA DE COMBUSTIÓN (Reaccón. Exotérmca) h g = Entalpía de reaccón (Dferenca entre la entalpía de los productos y los reactvos en un msmo estado especfcado para una reaccón completa) h c = Entalpía de combustón (calor lberado durante el proceso de combustón en estado estaconaro al quemar 1 kmol por completo a un estado específcado) INCOMPLETA? h f = Entalpía de formacón (representa la energía químca de un elemento en estado de referenca, entalpía de una sustanca en un estado especfcado debdo a su composcón)
31 3. COMBUSTIÓN Entalpía de formacón y entalpía de combustón h f (= para elementos estables a 5 ºC y 1 atm) Ej: N, O, H, C Formacón del CO a partr de C + O a 5 ºC y 1 atm h f =Cantdad de energía lberada cuando el CO se forma a partr de sus elementos estables durante un proceso de flujo estaconaro = kj/kmol Sgno calor lberado Sgno + calor absorbdo h f agua = f ( estado) h f = kj/mol (L) h f = kj/mol (V) Poder calorífco de un combustble: cantdad de calor lberado cuando ese combustble se quema por completo en un proceso de flujo estaconaro = Valor absoluto de la entalpía de combustón del combustble. Depende del estado del agua: - PCS : El agua está en fase líquda - PCI : El agua está en fase gas PCS= PCI- (m h fg ) agua m= masa de agua en los productos por undad de combustble. h fg = entalpa de vaporzacón del agua
32 Combustbles.
33 3. COMBUSTIÓN Análss de sstemas reactvos: prmera ley: Flujo estaconaro: Expresar la entalpía para relaconarlo con estado de referenca y energía químca Entalpía = Entalpía estado de referenca estandar Entalpía estado especfcado = f (T) Tasa de transferenca neta de energía haca el sstema por mol de combustble medante el calor, el trabajo y la masa n p y n r : Flujos molares de reactvo r o producto p Tasa de transferenca neta de energía fuera del sstema por mol de combustble medante el calor, el trabajo y la masa N p y N r : moles de reactvo r o producto p Referdo a mol de combustble: h c ENTRADA SALIDA
34 3. COMBUSTIÓN Análss de sstemas reactvos: prmera ley: Sstemas cerrados : U: energía nterna= H P v Desprecable L y S RT (GI) TEMPERATURA DE LLAMA ADIABÁTICA: En el caso de que no exstan perddas de calor al exteror, es la máxma temperatura que se alcanzaría en los productos s la combustón es completa. (Q= W = ) écnca teratva: Se supone una temperatura para los gases de combustón, se calcula H prod =f (T). e comprueba s esta H prod = H react Cambo de entropía:
35 3. COMBUSTIÓN
36 TEMA 6: Pscometría y combustón 1.SISTEMA AIRE AGUA: PSICOMETRÍA Humedad específca y relatva del are. Temperatura de punto de rocío, de saturacón adabátca y de bulbo húmedo. Dagrama pscrométrco.. TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. Equlbro químco. 3. COMBUSTIÓN Combustbles. Entalpía de formacón y de combustón. Temperatura de combustón adabátca. Analss de sístemas reactvos (1ª y ª Ley) 4. ANÁLISIS EXERGÉTICO
37 4. ANÁLISIS EXERGÉTICO Are T Are + Gases comb. Gasolna Estado ncal Estado fnal E + E = E Comb are Gas+are T + dt Exergía: Máxma cantdad de trabajo que un sstema podrá realzar s nteraccona con el medo ambente hasta alcanzar el equlbro con este últmo Termomecánca: cambos en condcones térmcas y mecáncas Químca: cambos en la composcón
38 Sstemas Cerrados Trabajo útl máxmo que podría extraerse de un sstema al pasar por un proceso reversble desde un estado dado hasta el estado muerto (T = 5 ºC y p = 1 atm): (kj) gz v m ) V (V P ) S (S T ) U (U A Dferenca de exergía entre dos estados de un sstema cerrado: V ) (V P ) S (S T E E ) z g(z v v m V ) (V P ) S (S T ) U (U A A ANÁLISIS EXERGÉTICO
39 4. ANÁLISIS EXERGÉTICO Sstemas Cerrados De acuerdo al Prmer Prncpo de la termodnámca, para un sstema cerrado: E E 1 Q W Balance de entropía para un sstema cerrado: S S 1 Q T (s es a T cte) A Varacón de exergía del sstema cerrado, entre el estado fnal e ncal ( E E ) T ( S S ) P ( V V ) Q W T P ( V ) A V1 T A A Q ( ) 1 1 W P V V1 T T Balance de exergía Exergía asocada a W (trabajo útl) Irrev ersbldad o Exergía asocada a Q destruccó n de exergía Q T
40 Sstemas Abertos F A L VC Trabajo de flujo V P W F lujo La exergía asocada al trabajo de flujo en las seccones de entrada y salda del sstema: V ) P V (P A pv Exergía de s. aberto = exergía de sstema cerrado + exergía asocada a trabajo de flujo: ( ) z g v m ) S (S T ) H (H V P V P gz v m ) V (V P ) S (S T ) U (U V P V P A B 4. ANÁLISIS EXERGÉTICO
41 4. ANÁLISIS EXERGÉTICO Sstemas Abertos Exergía específca b (h h ) T (s s ) v g z (kj/kg) Balance de exergía davc dt v aracón exergía sstema aberto T 1 Q T Trans. exergía asoc. al calor dvvc W P dt Trans exergía asoc. al trabajo me b e ms b s Trans. de exergía flujo de matera ( T ) Exergía destruda Suponendo estado estaconaro: davc dvvc dt dt m m m e s T 1 T m (b s b e Q ) 1 W m (b T T Q e b W s ) ( T ) ( T ) 41
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