>	restart:#"m15_p72"

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

A una cámara de combustión entra 0,1 kg/s de gas natural (asimilable a metano) con un 100% de exceso de aire, todo ello a 25 ºC y 100 kPa. Se pide:

a) Potencia calorífica y potencia mecánica máximas obtenibles en el proceso reactivo.

b) Temperatura de combustión adiabática.

c) Trabajo máximo obtenible de los productos de la combustión adiabática isobara (despreciando el efecto de la dilución de gases en el ambiente).

Datos:

>	su1:="Aire":su2:="H2O":fuel:=CH4:dat:=[mf=0.1*kg_/s_,e=1,T0=298.15*K_];

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) Potencia calorífica y trabajo máximo obtenible del flujo de entrada.

La potencia calorífica máxima se obtendría en una combustión con salida en las mismas condiciones (T y p) de entrada.

>	Qmax:=mf*PCI;eq15_5;eq1:=eq_fit(fuel+c1*O2=c2*CO2+c3*H2O);PCS_:=PCS(eq1);PCI_:=PCI(eq1);Mf_:=rhs(Mf(fuel));PCSm_:=subs(Adat,PCS_/Mf_);PCIm_:=subs(Adat,PCI_/Mf_);Qmax_:=subs(dat,mf*PCSm_);

i.e. se pueden sacar 5,6 MW de calor.

La ecuación de la mezcla realmente usada es:

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eq15_2;eqA0_:=Ateo(fuel);eqe:=eq15_4;A_:=solve(subs(A[0]=rhs(eqA0_),dat,eqe),A);A0m_:=subs(Adat,rhs(eqA0_)*M/Mf_);Am_:=subs(Adat,A_*M/Mf_);eqMix:=eqMIX(a*fuel+a*A_*(c21*O2+c79*N2)=[2,3,4,6]);eqNX;eqBC;eqBH;eqBO;eqBN;sol1:=subs(dat,solve({eqNX,eqBC,eqBH,eqBO,eqBN},{a,x[Comp[2]],x[Comp[3]],x[Comp[4]],x[Comp[5]]}));eq15_5_;PCS_:=subs(sol1,PCS(eqMix)/a);

(se comprueba que el poder calorífico en la combustión completa no depende del exceso de aire (ni del nitrógeno).

La potencia mecánica máxima obtenible en el proceso de combustión será la exergía de la reacción.

>	Wmax:=nf*psi[r];eqpsir:=psi[r]=Sum(x[i]*g[std,i],i=1..C);nulist_:=nulist(eqMix):eqpsir:=psi[r]=subs(sol1,x[fuel]=1,sum('(nulist_[i]/a)*g || i || _',i=1..C_));Wmax_:=-subs(dat,(mf/Mf_)*rhs(%));#Comp;g_list:=seq('g || i || _',i=1..C_);

i.e. la exergía de la reacción de combustión del metano es de -818 kJ/mol, por lo que si se aprovechase toda se podrían obtener hasta 5,1 MW de trabajo (para ello habría que disponer de algún dispositivo que fuese extrayendo la energía sin generar entropía, como en una pila de combustible ideal.

b) Temperatura de combustión adiabática.

>	eq15_7_2;eqTa_:=subs(sol1,cpComp,dat,eqTa);

i.e. salen los gases a unos 1400 K.

c) Trabajo máximo obtenible de los productos de la combustión adiabática isobara (despreciando el efecto de la dilución de gases en el ambiente).

Será la exergía del 'aire' de salida a Ta y p0 respecto al aire ambiente a T0 y p0.

>	WmaxTa:=mt*(Delta_h-T0*Delta_s);nt:=nf+na;mt:=mf*(1+A0m*(1+e));mt_:=subs(dat,A0m=A0m_,%);Delta_h:=c[p]*(Ta-T0);Delta_h_:=subs(dat,c[p]*(rhs(eqTa_)-T0));Delta_s:=c[p]*ln(Ta/T0)-R*ln(p0/p0);Delta_s_:=evalf(subs(eqTa_,dat,%));WmaxTa_:=subs(dat,mt_*(Delta_h_-T0*Delta_s_));

i.e. de los gases de salida del combustor adiabático ya sólo se podrían obtener unos 2,3 MW (e.g. usándolos para generar vapor en un ciclo Rankine). Los otros 2,8 MW (5,1-2,3) se han perdido en la cámara de combustión (proceso irreversible).

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