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Un método para disminuir la contaminación por NO producida en la combustión del carbón es mediante la adición de amoníaco, que reduce el NO a nitrógeno y agua. Se pide:
a) Obtener los datos termoquímicos de dichas substancias (presentarlos en forma de tabla), indicando el sentido físico de los signos.
b) Explicar si la reacción de oxidación completa del amoníaco con el oxígeno es endotérmica o exotérmica. ¿Es combustible el amoníaco?
c) Explicar si la reacción de reducción del NO propuesta es endotérmica o exotérmica.
d) En los sistemas prácticos que utilizan este método, se detecta a veces amoníaco en la salida. Determinar si la reacción de reducción del NO puede considerarse completa e indicar la causa de la aparición de amoníaco en la salida.

Datos:

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

>	su1:="NO(g)":su2:="NH3(g)":su3:="N2(g)":su4:="H2O(l)":dat:=[]:

Esquema:

>

Eqs. const.:

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

a) Obtener los datos termoquímicos de dichas substancias (presentarlos en forma de tabla), indicando el sentido físico de los signos.

>	for i from 1 to 4 do hgs:=get_hgs_data(eval(cat(su,i))):print(eval(cat(su,i)),'h[f]'=hgs[1],'g[f]'=hgs[2],'s[abs]'=hgs[3]);od:

El signo '+' en la hf indica que la reacción de formación es endotérmica (e.g. en la formación del NO hay que aportar calor y en la del NH3 hay que evcuar calor), y el '-' exotérmica; el 0 es que se ha tomado como referencia.

El signo '+' en la gf indica que la reacción de formación no es viable en esas condiciones (e.g. el NO no se formará a 298 K y 100 kPa bajo ningún catalizador, pero el NH3 sí), y el '-' que sí.

Todos los signos de las s son positivos porque se toma s=0 a T=0 y se calcula s por sumas de términos positivos (capacidades térmicas y entalpías de cambio de fase).

b) Explicar si la reacción de oxidación completa del amoníaco con el oxígeno es endotérmica o exotérmica. ¿Es combustible el amoníaco?

Se debe entender 'oxidación para la combustión completa del amoníaco', pero como se pregunta que si es combustible, por eso se dice 'oxidación completa'; i.e. se supondrá: NH3+a*O2=b*N2+c*H2O.

>	eq1:=eq_fit(NH3+a*O2=b*N2+c*H2O);hgs_r25_:=hgs_r25(eq1);i:='i':eq9_9b;

Es exotérmica (hr<0) y de alto poder calorífico (PCS=383 kJ/kg), luego sí es combustible el amoníaco, aunque no se suele utilizar como combustible y puede ser difícil que se inflame (dependerá de la composición, la temperatura, la presión y los catalizadores, como siempre). Si se introduce hilo de platino en un recipiente conteniendo una disolución concentrada de amoníaco en agua, abierto al aire ambiente, se produce catalíticamente la reacción 2NH3+(5/2)O2=2NO+3H2O, que al ser muy exotérmica pone el hilo al rojo.

La combustión de amoníaco en aire se usa a veces para generar ácido nítrico y fertilizantes derivados, en lugar de por descarga eléctrica en aire húmedo.

Ha habido combustiones accidentales desastrosas.

Los límites de ignición estándar son 15% y 25%.

La temperatura de autoinflamación es de 850 ºC.

La velocidad de deflagración laminar es muy baja, unos 0,07 m/s (para combustibles ordinarios es de 0,45 m/s).

La energía mínima de ignición es muy alta, unos 680 mJ (para combustibles ordinarios es <1 mJ)

Con un catalizador adecuado se logra favorece más la reacción NH3+(5/4)O2=NO+(3/2)H2O, básica para la producción comercial de ácido nítrico, pese a que es menos exotérmica (las oxidaciones del nitrógeno no pueden ser combustiones porque son todas endotérmicas).

c) Explicar si la reacción de reducción del NO propuesta es endotérmica o exotérmica.

>	eq2:=eq_fit(NH3+a*NO=b*N2+c*H2O);hgs_r25_:=hgs_r25(eq2);

Es exotérmica (hr<0).

d) En los sistemas prácticos que utilizan este método, se detecta a veces amoníaco en la salida. Determinar si la reacción de reducción del NO puede considerarse completa e indicar la causa de la aparición de amoníaco en la salida.

>	evalf(subs(p=p0,T=T25,dat,eqEQ(eq2)));i:='i':Comp:='Com':eq9_20;eq9_25;

>

i.e. la reacción de reducción del NO está tan desplazada hacia la derecha que, si se alcanza el equilibrio (depende del tiémpo de residencia), es razonable suponer que no puede haber NO y NH3 a la vez en la salida, luego la causa de encontrar NH3 a la salida sólo puede ser debida a que se haya inyectado NH3 en exceso (habría que ver cuál es peor para establecer el control óptimo).