>	restart:#"m15_p14"

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

En un hogar se quema en régimen estacionario a razón de 1 kg de antracita de composición ponderal 85% de carbono, 5% de hidrógeno, 5% de oxígeno y 5% de materia inerte, en 12 kg de aire. Se pide calcular:

a) La riqueza.

b) El poder calorífico.

c) La temperatura adiabática.

d) La irreversibilidad y el rendimiento exergético del proceso.

Datos:

>	su1:="Aire":su2:="H2O":dat:=[fracC=0.85,fracH=0.05,fracO=0.05,fracN=0.05,Amas=12];

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) La riqueza

>

eq1:=eq15_2;eqA0_C:=Ateo(C);A0masC_:=rhs(eqA0_C)*subs(Adat,M)/rhs(Mf(C));eqA0_H:=Ateo(H2);A0masH_:=rhs(eqA0_H)*subs(Adat,M)/rhs(Mf(H2));A0masMX:=fracC*A0masC+fracH*A0masH-fracO/c21;A0masMX_:=subs(dat,fracC*A0masC_+fracH*A0masH_-fracO/c21);AmasMX_:=subs(dat,Amas);eq2:=phi='A0masMX/AmasMX';eq2_:=phi=A0masMX_/AmasMX_;

b) El poder calorífico.

>

eq:=C+(2/2)*O2=CO2:PCI_C:=PCI(eq);PCIm_C_:=PCI_C/rhs(Mf(C));eq:=H2+(1/2)*O2=H2O:PCI_H2:=PCI(eq);PCIm_H_:=PCI_H2/rhs(Mf(H2));PCIm_MX:=fracC*PCIm_C+fracH*PCIm_H;PCIm_MX_:=subs(dat,fracC*PCIm_C_+fracH*PCIm_H_);eqBEair:=Ta=T25+'PCIm_MX/(Amas*c[pa])';eqBEair:=Ta=subs(dat,T25+PCIm_MX_/(Amas*1200*J_/(kg_*K_)));

Nótese que se ha tomado c[pa]=1200 J/()kg.K) (en vez de 1000) por las altas temperaturas, pero aún así Ta será algo menor por el aumento del cp del CO2 y H2O.

También se podría haber hecho por flujos molares equivalentes de entrada:

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na:=subs(dat,Amas*(kg_/s_)/subs(Adat,M));nC:=subs(dat,1*(kg_/s_)*fracC/rhs(Mf(C)));nH2:=subs(dat,1*(kg_/s_)*fracH/rhs(Mf(H2)));nO2:=subs(dat,1*(kg_/s_)*fracO/rhs(Mf(O2)));eq:=eqMIX(expand(a*(nC*C+nH2*H2+nO2*O2+na*(c21*O2+c79*N2))*s_/mol_)=[2,3,4,6]);sol1:=subs(dat,solve({eqNX,eqBC,eqBH,eqBO,eqBN},{a,x[Comp[2]],x[Comp[3]],x[Comp[4]],x[Comp[6]]}));n:='n':eqsal:=subs(sol1,[seq(n[Comp[i]]=(x[Comp[i]]/a)*mol_/s_,i=[2,3,4,6])]);PCI_:=PCI(subs(sol1,eq))/a;i:='i':subs(sol1,cpComp_,dat,eqTa);

c) La irreversibilidad y el rendimiento exergético del proceso.

La exergía del combustible es casi igual a su poder calorífico.

>

Irr:=Phi[e]-Phi[s];eta[x]:=Phi[s]/Phi[e];eq1:=Phi[e]='PCIm_MX*mdot_fuel';eq2:=Phi[s]=Sum('n[Comp[i]]*c[p,Comp[i]]*(Ta-T25)',i=1..C)-T25*Sum('n[Comp[i]]*c[p,Comp[i]]*ln(Ta/T25)',i=1..C)-R[u]*T25*Sum('n[Comp[i]]*ln(x[Comp[i]])',i=1..C);eq1_:=Phi[e]=PCIm_MX_*1*kg_/s_:evalf(%,2);eq2_:=Phi[s]=subs(dat,evalf(subs(eqTa,cpComp_,sol1,eqsal,dat,sum(delta_[i]*(n[Comp[i]]*c[p,Comp[i]]*(Ta-T25)-T25*n[Comp[i]]*c[p,Comp[i]]*ln(Ta/T25)-R[u]*T25*n[Comp[i]]*ln(x[Comp[i]])),i=1..C_))));eta[x_]:=subs(eq1_,eq2_,dat,eta[x]);Irr_:=subs(eq1_,eq2_,dat,Irr);

Puede comprobarse que la contribución de la exergía química es despreciable:

>	subs(dat,evalf(subs(eqTa,cpComp_,sol1,eqsal,dat,-R[u]*T25*sum(delta_[i]*n[Comp[i]]*ln(x[Comp[i]]),i=1..C_)))):Phi[s,quim]=evalf(%,2);

>