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Se alimenta con gas natural (supóngase metano puro), oxígeno en proporción estequiométrica, y dióxido de carbono, la cámara de combustión de una turbina de gas, entrando todo a 500 K y 1 MPa. Se pide:
a) Plantear la ecuación estequiométrica, la de mezcla, y el balance energético de la cámara.
b) Determinar la concentración de dióxido de carbono a la entrada para que la temperatura de salida sea de 1500 K.
c) Determinar la composición cuantitativa a la salida de la cámara

Datos:

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

>	su1:="CH4":su2:="O2":su3:="CO2":su4:="H2O":dat:=[Te=500*K_,pe=1e6*Pa_,Ts=1500*K_];

Esquema:

>	datCO2:=get_gas_data(su3):datO2:=get_gas_data(su2):datCH4:=get_gas_data(su1):Wdat:=get_gas_data(su4),get_liq_data(su4):dat:=op(dat),op(subs(g=g0,[Const])),SI2,SI1:get_pv_data(su4):eq15_6_1;eq15_7_4;

a) Plantear la ecuación estequiométrica, la de mezcla, y el balance energético de la cámara.

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eq_esteq:=CH4+2*O2=CO2+2*H2O;eq_mezcla:=CH4+2*O2+a*CO2=(1+a)*CO2+2*H2O;eqBE:=dE/dt=Qdot+Wdot+Sum(h[i]*ndot[i],i=1..C);eqBE:=0=Sum((h[f,i]+c[p,i]*(T[i]-T25))*ndot[i],i=1..C);eqBE:=PCI+(c[p,CH4]+2*c[p,O2]+a*c[p,CO2])*(Te-T25)=Sum(nu[i]*c[p,i],i=1..C)*(Ts-T25);eqBE_:=lhs(eqBE)=((1+a)*c[p,CO2]+2*c[p,H2O])*(Ts-T25);

b) Determinar la concentración de dióxido de carbono a la entrada para que la temperatura de salida sea de 1500 K.

>	PCI_:=PCI(eq_esteq);eqBE__:=subs(PCI=PCI_,dat,cpComp,eqBE_);a_:=solve(%,a);x[CO2,e]:=a/(1+2+a);x[CO2,e]:=subs(a=a_,%);

i.e. hay que introducir un 78% del total de CO2 (10.8 mol de CO2 por mol de combustible).

Podríamos dibujar la Ts en función del CO2 añadido:

>	plot(solve(subs(Ts=Ts_,PCI=PCI_,dat,cpComp,SI0,eqBE_),Ts_),a=0..20,Temp_K=0..4000);;

c) Determinar la composición cuantitativa a la salida de la cámara

>	x[CO2,s]:=(1+a)/(1+a+2);x[CO2,s]:=subs(a=a_,%);x[H2O,s]:=2/(1+a+2);x[H2O,s]:=subs(a=a_,%);

i.e., a la salida, suponiendo combustión completa, habrá un 85% de CO2 y un 15% de H2O, todo a 1500 K y 1 MPa.

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