>	restart:#"m09_p22"

Se trata de estudiar la energía utilizable de un combustible, haciendo aplicación numérica al metano y al carbono, todo ello en condiciones estándar. Se pide:

a) Poderes caloríficos, superior e inferior.

b) Exergía de la reacción de combustión teórica

c) Exergía del combustible

Datos:

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

>	su1:="Aire":su2:="H2O":dat:=[x[N2]=0.756,x[O2]=0.2034,x[H2O]=0.0312,x[Ar]=0.0091,x[CO2]=0.0003];

Eqs. const.:

>	Adat:=get_gas_data(su1):Wdat:=get_gas_data(su2),get_liq_data(su2):get_pv_data(su2):dat:=op(dat),op(subs(g=g0,[Const])),Adat,SI2,SI1:

a) Poderes caloríficos, superior e inferior.

General esteq. reaction of a fuel:

>	eq:=CuHvOwNxSy+a*O2=b*CO2+c*H2O:seqEBE(eq):solve({eqBC,eqBH,eqBO},{a,b,c}):eqESTEQ:=subs(%,eq);eq0:=PCS=-hr25;eq0:=PCS=-u*h4-(v/2)*h5+hfuel+(u+v/4-w/2)*h2;PCS_:=-u*h4_-(v/2)*h5_+hfuel+(u+v/4-w/2)*h2_:'PCS'=evalf(%,3);

e.g. for CH4 (u=1,v=4,w=0), for C (u=1,v=0,w=0), for CO (u=1,v=0,w=1).

>

eq:=eq_fit(CH4+a*O2=b*CO2+c*H2O);PCS_:=-hgs_r25(eq)[1]:PCI_:=PCI(eq):'PCS[CH4]'=evalf(PCS_,3),'  PCI[CH4]'=evalf(PCI_,3);eq:=eq_fit(C+a*O2=b*CO2+c*H2O);PCS_:=-hgs_r25(eq)[1]:PCI_:=PCI(eq):'PCS[C]'=evalf(PCS_,3),'  PCI[C]'=evalf(PCI_,3);eq:=eq_fit(CO+a*O2=b*CO2+c*H2O);PCS_:=-hgs_r25(eq)[1]:PCI_:=PCI(eq):'PCS[CO]'=evalf(PCS_,3),'  PCI[CO]'=evalf(PCI_,3);

b) Exergía de la reacción de combustión teórica

>	eq1:=phi[r25]=-gr25;eq1:=phi[r25]=-u*g4-(v/2)*g5+gfuel+(u+v/4-w/2)*g2;eq1_:=phi[r25]=-u*g4_-(v/2)*g5_+gfuel+(u+v/4-w/2)*g2_;

>	eq:=eq_fit(CH4+a*O2=b*CO2+c*H2O):phi_:=-hgs_r25(eq)[2]:'phi[r25,CH4]'=evalf(phi_,3);eq:=eq_fit(C+a*O2=b*CO2+c*H2O):phi_:=-hgs_r25(eq)[2]:'phi[r25,C]'=evalf(phi_,3);eq:=eq_fit(CO+a*O2=b*CO2+c*H2O):phi_:=-hgs_r25(eq)[2]:'phi[r25,CO]'=evalf(phi_,3);

c) Exergía del combustible

  Same eq1 but with a different reference.

>	eq2:=phi[r25]=-u*phi4-(v/2)*phi5+phi[CuHvOw,25]+(u+v/4-w/2)*phi2;eq2:=phi[CuHvOw,25]=u*phi[CO2,25]+(v/2)*phi[H2O,25]+phi[r25]-(u+v/4-w/2)*phi[O2,25];eq2_:=phi[CuHvOw,25]=subs(eq1_,rhs(eq2));

>	phi25:=-R[u]*T25*ln(x);phi[N2,25]:=subs(dat,evalf(subs(Const,x=x[N2],dat,phi25)));

Con la atm std de la pág 204:

>

phi25:=-R[u]*T25*ln(x);phi[N2,25]:=subs(dat,evalf(subs(Const,x=x[N2],dat,phi25))):'phi[N2,25]'=evalf(%,2);phi[O2,25]:=subs(dat,evalf(subs(Const,x=x[O2],dat,phi25))):'phi[O2,25]'=evalf(%,2);phi[H2O,25]:=subs(dat,evalf(subs(Const,x=x[H2O],dat,-R[u]*T25*ln(x*p0/pv(T25))))):'phi[H2O,25]'=evalf(%,2);phi[CO2,25]:=subs(dat,evalf(subs(Const,x=x[CO2],dat,phi25))):'phi[CO2,25]'=evalf(%,2);eq2__:=subs(CuHvOw=CH4,u=1,v=4,w=0,gfuel=g10_,eq2_):evalf(%,3);eq2__:=subs(CuHvOw=C,u=1,v=0,w=0,gfuel=g18_,eq2_):evalf(%,3);eq2__:=subs(CuHvOw=CO,u=1,v=0,w=1,gfuel=g7_,eq2_):evalf(%,3);

Conclusión:

La exergía de 1 mol de CH4 a (T25,p0) respecto a una atm. std. es de 830 kJ.

Los 830 kJ de exergía del metano es el Wmax obtenible y quedaría sólo la atm.

Los 818 kJ de exergía de la reacción es el Wmax obtenible saliendo el CO2 y el H2O puros y por tuberías separadas (todavía tendrían exergía).

Los 890 kJ del PCS son de Q y sólo podrían dar W=Q*(1-T25/T) de trabajo (nada si es isotermo), pero para reacciones de combustión el PCS (o el PCI) dan aprox. la exergía de entrada del fuel.

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