> restart:#"m09_p29"

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

[Ateo, Mf, PCI, PCS, eqEQ, eqMIX, eq_fit, get_hgs_data, hgs_r25, nulist, seqEBE]

En la cámara de combustión de una turbina se queman 0,05 kg/s de n-octano con aire en proporción estequiométrica, añadiéndose 0,5 kg/s más de aire para enfriar los gases dentro de la misma cámara. Se pide:
 1. Relación aire/combustible (molar y másica).
 2. Poder calorífico y potencia térmica.
 3. Temperatura de salida.
 4. Composición de los gases de escape.
 5. Temperatura de rocío de los gases de escape.
 6. Indicar qué variación sobre los resultados anteriores supondría la formación de óxido de nitrógeno en la mezcla.

Datos:

> su1:="Aire":su2:="H2O":fuel:=C8H18:dat:=[mf=0.05*kg_/s_,maa=0.5*kg_/s_];

[mf = `+`(`/`(`*`(0.5e-1, `*`(kg_)), `*`(s_))), maa = `+`(`/`(`*`(.5, `*`(kg_)), `*`(s_)))]

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:Mf_:=rhs(Mf(fuel));

`+`(`/`(`*`(.114, `*`(kg_)), `*`(mol_)))

a) Relación aire/combustible (molar y másica).

> eq1:=eq15_2;eq1_:=Ateo(fuel);A0m_:=subs(dat,rhs(eq1_)*M/Mf_);ma:=ma0+maa;ma0:=m*mf;ma0_:=subs(dat,mf*A0m_);ma_:=ma0_+subs(dat,maa):'ma'=evalf(%,2);Am_:=ma_/subs(dat,mf);A_:=subs(dat,Am_*Mf_/M);

A[0] = `/`(`*`(`+`(u, `*`(`/`(1, 4), `*`(v)), `-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(w))), y)), `*`(c21))
A[0] = 59.52
15.14
`+`(ma0, maa)
`*`(m, `*`(mf))
`+`(`/`(`*`(.7570, `*`(kg_)), `*`(s_)))
ma = `+`(`/`(`*`(1.3, `*`(kg_)), `*`(s_)))
25.14
98.82

b) Poder calorífico y potencia térmica.

> eq:=C8H18+(25/2)*O2=8*CO2+9*H2O;PCI_:=PCI(eq);PCIm_:=PCI_/Mf_:PCS_:=PCS(eq):'PCS'=evalf(%,2);Qs:=PCS*mf/Mf;Qs_:=subs(dat,PCS_*mf/Mf_);

`+`(C8H18, `*`(`/`(25, 2), `*`(O2))) = `+`(`*`(8, `*`(CO2)), `*`(9, `*`(H2O)))
`+`(`/`(`*`(0.5074e7, `*`(J_)), `*`(mol_)))
PCS = `+`(`/`(`*`(0.55e7, `*`(J_)), `*`(mol_)))
`/`(`*`(PCS, `*`(mf)), `*`(Mf))
`+`(`*`(0.2399e7, `*`(W_)))

i.e. la potencia calorífica basada en el PCS es de 24 MW.

d) Temperatura de salida.

d) Composición de los gases de escape.

> eqMIX(a*fuel+a*A_*(c21*O2+c79*N2)=[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[5]]}));i:='i':eq15_7_2;eqTa_:=subs(sol1_,cpComp_,dat,eqTa);

`+`(`*`(a, `*`(C8H18)), `*`(98.82, `*`(a, `*`(`+`(`*`(c21, `*`(O2)), `*`(c79, `*`(N2))))))) = `+`(`*`(x[O2], `*`(O2)), `*`(x[N2], `*`(N2)), `*`(x[CO2], `*`(CO2)), `*`(x[H2O], `*`(H2O)))
{a = 0.9681e-2, x[CO2] = 0.7745e-1, x[H2O] = 0.8713e-1, x[N2] = .7556, x[O2] = 0.7987e-1}
Ta = `+`(T25, `/`(`*`(a, `*`(PCI)), `*`(Sum(`*`(x[Com[i]], `*`(c[p, i])), i = 1 .. CP))))
Ta = `+`(`*`(1637., `*`(K_)))

i.e. sale a unos 1640 K, con 75,6% de N2, 8,7% de H2O, 7,7% de CO2 y 8% de O2.

e) Temperatura de rocío de los gases de escape.

> eq8_2;Trocio_:=solve(subs(dat,eval(subs(p[v]=pv,x[v,sat]=x[H2O],sol1_,p=p0,dat,eq8_2))),T);Trocio=TKC(Trocio_);

x[v, sat] = `/`(`*`(p[v](T)), `*`(p))
`+`(`*`(316.2, `*`(K_)))
Trocio = `+`(`*`(43.0, `*`(?C)))

f) Indicar qué variación sobre los resultados anteriores supondría la formación de óxido de nitrógeno en la mezcla.

En equilibrio:

> eq1:=evalf(subs(p=p0,T=rhs(eqTa_),eqEQ(N2+O2=2*NO)));eq2:=evalf(subs(p=p0,T=rhs(eqTa_),eqEQ(N2+(1/2)*O2=N2O)));eq3:=evalf(subs(p=p0,T=rhs(eqTa_),eqEQ((1/2)*N2+O2=NO2)));

`/`(`*`(`^`(x[NO], 2)), `*`(x[O2], `*`(x[N2]))) = 0.3421e-4
`/`(`*`(x[N2O]), `*`(`^`(x[O2], `/`(1, 2)), `*`(x[N2]))) = 0.3192e-6
`/`(`*`(x[NO2]), `*`(x[O2], `*`(`^`(x[N2], `/`(1, 2))))) = 0.5806e-4

>

i.e., en la composición cuenta poco, y en el PC y la Ta también.