>	restart:#"m15_p78"

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

Considérese la combustión de n-octano con 80% de aire teórico. Se pide:

a) Relación aire/combustible teórica y la realmente usada, y poder calorífico de la combustión completa y de la real.

b) Temperatura adiabática de la combustión teórica y de la realmente usada.

c) Considerando que a esa temperatura aparece también H2 en los productos, estimar su fracción molar a partir del equilibrio químico CO+H2O=CO2+H2, y de los resultados anteriores.

Datos:

>	su0:="Aire":fuel:=C8H18:su2:="H2O":su3:="CO":su4:="H2":dat:=[lambda=0.8];

Eqs. const.:

>	Adat:=get_gas_data(su0):dat:=op(subs(g=g0,[Const])),op(dat),SI2,SI1:

a) Relación aire/combustible teórica y realmente  usada, y poder calorífico de la combustión completa y de la real.

Suponemos que la entrada es en condiciones estándar (25 ºC y 100 kPa); el octano estará liquido. Como no hay aire suficiente, aparecerá por lo menos CO.

>	eqEsteq:=fuel+(25/2)*O2=8*CO2+9*H2O;A[0]=(25/2)/c21;Ateo(fuel);A_:=A[0]*lambda;A_:=subs(dat,rhs(Ateo(fuel))*lambda);eq_esteq:=eq_fit(subs(dat,fuel+A*(c21*O2+c79*N2)=c1*CO2+c2*H2O+c3*N2));PCS0_:=PCS(%);eq_real:=eq_fit(subs(dat,fuel+A_*(c21*O2+c79*N2)=c1*CO2+c2*H2O+c3*CO+c4*N2));PCS_:=PCS(%);

i.e. se usan 47,6 moles de aire por cada mol de fuel (la estequiometría es A0=59,5 mol/mol), y solo se pueden extraer 4,06 MJ por mol de fuel (la completa daría 5,47 MJ/mol).

Nótese que no vale PCS=0,8*PCS0=0,8*5,47=4.4 MJ/mol.

b) Temperatura adiabática de la combustión teórica y de la realmente usada.

Primero lo hacemos por mol de fuel y luego por mol de gases de salida.

>	eqMesteq:=fuel+(25/2)*O2+3.76*(25/2)*N2=8*CO2+9*H2O+3.76*(25/2)*N2;PCI0_:=PCS0_-9*44e3*J_/mol_;eqTa0:=Ta=T25+PCI/(8*cpCO2+9*cpH2O+47*cpN2);evalf(subs(PCI=PCI0_*K_/(J_/mol_),cpCO2=54,cpH2O=47,cpN2=34,dat,%));

>

eqMesteq:=eqMIX(subs(dat,a*fuel+a*rhs(Ateo(fuel))*(c21*O2+c79*N2))=[3,4,5]);sol1_:=solve(subs(dat,{eqBC,eqBH,eqBO,eqBN,eqNX}),{a,x[CO2],x[H2O],x[N2]});eq15_7_2;PCI_esteq:=PCI(eq_esteq);eqTa_esteq:=subs(sol1_,cpComp,PCI_=PCI_esteq,dat,eqTa);eqMreal:=eqMIX(subs(dat,a*fuel+a*A_*(c21*O2+c79*N2))=[3,4,5,7]);sol1_:=solve(subs(dat,{eqBC,eqBH,eqBO,eqBN,eqNX}),{a,x[CO2],x[H2O],x[N2],x[CO]});PCI_real:=PCI(eq_real);eqTa_:=subs(sol1_,cpComp,PCI_=PCI_real,dat,eqTa);

i.e. en la combustión real se alcanzarían 2100 K (2370 K en la estequiométrica).

c) Considerando que a esa temperatura aparece también H2 en los productos, estimar su fracción molar a partir del equilibrio químico CO+H2O=CO2+H2, y de los resultados anteriores.

>	eq:=CO+H2O=CO2+H2;eqEQ_:=eqEQ(eq);eqEQ_:=evalf(subs(T=rhs(eqTa_),eqEQ(eq)));xH2_:=solve(subs(sol1_,%),x[H2]);

i.e. aparecería casi un 2% de H2, aunque esto modificaría todo: el poder calorífico, la temperatura adiabática...

ADICIONAL. Calculemos la nueva composición y la temperatura adiabática que se alcanzaría realmente (que sería algo menor por la aparición del H2).

Probemos con Ta=2050 K.

>	Ta_:=2050*K_;eqEQ_:=evalf(subs(T=Ta_,eqEQ(eq)));eqM:=eqMIX(subs(dat,a*fuel+a*A_*(c21*O2+c79*N2))=[3,4,5,7,8]);sol1_:=solve(subs(dat,SI0,{eqBC,eqBH,eqBO,eqBN,eqNX,eqEQ_}),{a,x[CO2],x[H2O],x[N2],x[CO],x[H2]})[1];PCI_:=PCI(subs(sol1_,eqM/a));eqTa_:=subs(sol1_,cpComp,PCI=PCI_,dat,eqTa);

¡Ah! pues no, se compensa la aparición de H2 con el descenso de CO, y el resultado es la misma Ta (2100 K) y la siguiente composición:

>	Ta_:=2106*K_;eqEQ_:=evalf(subs(T=Ta_,eqEQ(eq)));eqM:=eqMIX(subs(dat,a*fuel+a*A_*(c21*O2+c79*N2))=[3,4,5,7,8]);sol1_:=solve(subs(dat,SI0,{eqBC,eqBH,eqBO,eqBN,eqNX,eqEQ_}),{a,x[CO2],x[H2O],x[N2],x[CO],x[H2]})[1];PCI_:=PCI(subs(sol1_,eqM/a));eqTa_:=subs(sol1_,cpComp,PCI=PCI_,dat,eqTa);

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