>	restart:#"m09_p19"

En un recipiente rígido de 50 litros, inicialmente con argón en condiciones ambiente, se ha hecho explotar 1 mol de trinitrotolueno (TNT, CH3C6H2(NO2)3, temperatura de ebullición 80 ºC) y se ha medido la composición de los productos en base seca (una vez eliminada toda el agua), resultando, aparte del argón inicial, 3,65 moles de C, 1,98 de CO, 1,32 de N2, 1,25 de CO2, 0,66 de H2, 0,16 de NH3 y menos de 0,1 moles de otros gases. Se pide:
a) Determinar la cantidad de agua producida e indicar la incertidumbre estimada en la medida.
b) Determinar el poder calorífico inferior suponiendo despreciable la entalpía de formación del TNT (en realidad es de -80 kJ/mol).
c) Indicar cómo se determinarían la presión y temperatura máximas.

Datos:

>	read`../therm_chem.m`:with(therm_chem):with(therm_proc):

>	su1:="Ar":dat:=[V=0.05*m_^3,nTNT=1*mol_,ndryC=3.65*mol_,ndryCO=1.98*mol_,ndryN2=1.32*mol_,ndryCO2=1.25*mol_,ndryH2=0.66*mol_,ndryNH3=0.16*mol_,TNT=C7H5O6N3,h[f,TNT]=-80e3*J_/mol_];

Eqs. const.:

>	Adat:=get_gas_data(su1):dat:=op(dat),Adat,c[Comp[1]]=3.65,c[Comp[7]]=1.98,c[Comp[3]]=1.32,c[Comp[4]]=1.25,c[Comp[8]]=0.66,c[Comp[14]]=0.16,seq(c[Comp[i]]=0,i=1..C_),op(subs(g=g0,[Const])),SI2,SI1:Mf_:=evalf(subs(dat,(7*12+5*1+6*16+3*14))/1000)*kg_/mol_:'M[f]'=evalf(%,3);

a) Determinar la cantidad de agua producida e indicar la incertidumbre estimada en la medida.

El argón lo considero aparte (no reactivo).

>

nAr:=p0*V/(R[u]*T25);nAr_:=subs(Const,dat,nAr):'nAr'=evalf(%,3);slist:=[3,4,5,7,8,18,37];i:='i':eqmix:=7*mol_*C+(5/2)*mol_*H2+3*mol_*O2+(3/2)*mol_*N2=nH2O*H2O+subs(ndryH2O=0,sum(cat(ndry,Comp[slist[i]])*Comp[slist[i]],i=1..nops(slist)));seqEBE(eqmix):eqBC_:=subs(dat,eqBC);eqBH_:=subs(dat,eqBH);eqBO_:=subs(dat,eqBO);eqBN_:=subs(dat,eqBN);nH2O_H:=evalf(solve(eqBH_,nH2O),3);nH2O_O:=evalf(solve(eqBO_,nH2O),3);n_gas_hot:=nArgon+nH2O+ndryCO+ndryN2+ndryCO2+ndryH2+ndryNH3;n_gas_hot_:=subs(nArgon=nAr_,nH2O=nH2O_H,dat,n_gas_hot):'n_gas_hot'=evalf(%,3);

i.e. nH2O=1,56+/-0,04 mol; la incertidumbre es de un 5% o así.

>	nH2O:=evalf((nH2O_H+nH2O_O)/2,3);dat:=cat(ndry,Comp[5])=nH2O,op([dat]):eqmix_:=C*7+H2*5/2+O2*6/2+N2*3/2=expand(subs(dat,sum(cat(ndry,Comp[slist[i]])*Comp[slist[i]],i=1..nops(slist)))/mol_);

b) Determinar el poder calorífico inferior suponiendo despreciable la entalpía de formación del TNT (en realidad es de -80 kJ/mol).

a p=cte sería

>	PCI_:=PCI(eqmix_);PCI_hTNT:=PCI_+h[f,TNT]:'PCI_hTNT'=evalf(subs(dat,%),3);PCIm:=PCI_/Mf_;

a V=cte el PCI sería:

>	PCIv:=-ur;ur:='hr-p0*vr';ur:='hr-(n_gas_hot-nArgon)*R[u]*T25';ur_:=subs(Const,dat,-PCI_-(n_gas_hot_-nAr_)*R[u]*T25/(1*mol_));PCImv:=-ur_/Mf_;

muy parecido al de p=cte, como era de esperar.

c) Indicar cómo se determinarían la presión y temperatura máximas.

Balance energético adiabático a V=cte.

En 1ª aprox. se liberan 1,1 MJ, que calentaían todo (n_gas_hot+ndryC) hasta Tad. Suponiendo un cvmedio=40 J/(mol.K):

>	Tad_aprox:='T25-Ur/((n_gas_hot+ndryC)*cv_medio)';cv_medio:=40*J_/(mol_*K_);Tad_aprox_:=subs(dat,T25-ur_*1*mol_/((n_gas_hot_+ndryC)*cv_medio)):'Tad_aprox'=evalf(%,3);pmax:='n_gas_hot*R[u]*Tad/V';pmax_:=subs(Const,dat,n_gas_hot_*R[u]*Tad_aprox_/V):'pmax'=evalf(%,2);

a T25 quedaría, suponiendo que todo el agua condensa:

>	pT25:='(n_gas_hot-nH2O)*R[u]*T25/V';pT25_:=subs(Const,dat,(n_gas_hot_-nH2O)*R[u]*T25/V):'pT25'=evalf(%,3);

i.e., tras la explosión se alcanzan 2500 K y 3,7 MPa, y al atemperarse se queda a 0,37 MPa.

>