“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO”CURSO : OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS. DOCENTE : MIÑANO CALDERON, BENIGNO. FACULTAD : INGENIERÍA. ESCUELA : INGENIERÍA INDUSTRIAL CICLO : VI INTEGRANTES : ALEGRE HINOSTROSA, FRANKLYN. BLAS TONGOMBOL LUÍS ALBERTO. CORTES VILCHES, GIAN CARLOS. GARCIA MORENO, JUAN. GAYOSO OLIVERA, JAIME. GURRIONERO PAULO MILUTINOVICH ESCARATE, ZDORKA. PARDO ARTEAGA, ERASMO. VALDIVIEZO LA ROSA, ANDRES MARVIN. VILLACORTA SIFUENTES, VICTOR. AÑO : Calor específico de humos (promedio) Ce=1.1.9 g/mol. Cp(H2O)=30.PROBLEMA N°1: En un horno se pretende utilizar gas metano (CH4) puro como combustible utilizando un exceso de aire de combustión del 40 %. . Cp(N2)=29.0.36 KJ/mol Kg CH4 1Kcal 1molCH4 .18 KJ * 16 Kg = 39927.Temperatura de humos a chimenea 160ºC .31 KJ/mol PCI (negativo por ser exotérmico) PCI= PCS – (597*G) Donde: . H2O(l)=-285830 . + Calor ∆H𝐟̇ -74850 -393520 -241820 ∆H𝐑̇= 𝐑̇ = ∑ ∆𝐇𝐟𝐏 − ∑ ∆𝐇𝐟𝐑 ∆H𝐑̇= [-393520 + 2(-241820)] – [-74850] ∆H𝐑̇= -877160 + 74850 ∆H𝐑̇= -802.015KJ/ (kg*K).Se desprecia la humedad del aire Se desea saber: a) Poder calorífico superior e inferior del gas metano en KJ/kg.293 kg/m3 . Solución: C CO2 (g) CH4 (g) H2O (vapor) HORNO O2 Aire Seco N2 O2 = 21% N2 = 79% Exceso: 40% Ingresan Salen Rx: 1CH4 + 2O2 1CO2 + 2H2O …………………….G: Porcentaje del H2O formado por la combustión del Hidrógeno más la humedad propia del combustible: G= (A*%) + H2O . CH4(g)=-74850.Peso molecular del aire: 28. b) Consumo de combustible en kg/s y aire en m3/s para un aporte de calor de 104 KJ/s. Densidad del aire: 1.2. .Temperatura ambiente TA=15°C. Cp(O2)=30.597: Calor de Condensación del H2O a 0oC (Kcal/Kg) 597Kcal * 4. c) Rendimiento calorífico de la instalación.9 . Se dispone de los siguientes datos: .ΔHf(J/mol): CO2(g)=-393520. H2O(g)=-241820.Capacidades caloríficas a presión constante en KJ/(Kmol*K): Cp(CO2)=40. .4*24. 𝛛𝐀𝐢𝐫𝐞 = 1. pero debido a que es un gas metano puro.46 𝐊𝐠𝐦𝐨𝐥/𝐬𝐂𝐇𝟒 * 16 Kg X= 199.14 Kg/s 𝐕= 1.14 Kgmol/s 𝐦 𝐦 𝛛𝐀𝐢𝐫𝐞 = 𝐕= .21 O2 Exceso= 1.05 KJ/mol Base de Cálculo: 100 kgmol/s de CH4: Rx: 1CH4 + 2O2 1CO2 + 2H2O 1kgmol/s 2kgmol/s 1kgmol/s 2kgmol/s 100kgmol/s 200kgmol/s 100kgmol/s 200kgmol/s ∆H𝐑̇=-80231KJ/mol X ……………………………………………………………. %: Porcentaje de impurezas que puede tener el Hidrógeno en el combustible.89 Kgmol/s 0.36 Kg/s 80231 1 KgmolCH4 O2 Necesario: 12.45m3/s Respuesta (b): Consumo de Combustible: X= 199.46 Kgmol/sCH4 X O2 1 Kgmol/sCH4 2 Kgmol/sO2 𝐗 𝐎𝟐 = 24.89 Kgmol/s de O2 Aire = 34. Donde: A: Kg de H2O que se forman al oxidar un Kg de Hidrógeno.21 (Aire seco) Aire = 166. PCS= PCI + 39927.45m3/s .92 O2 Exceso= 34.31 KJ/mol+39927.92Kmol/s de O2 (necesario o teórico) Aire = O2 Exceso O2 Exceso= 1.2Kg/m3 V= 138. no se considera.36 KJ/mol PCS= -802.2Kg/m3 𝐕 𝛛𝐀𝐢𝐫𝐞 166.05 KJ/mol Respuesta (a): PCI= -802.36 KJ/mol PCS= 39125. Q=-10000KJ/s (energía útil) Combustible (CH4): 100Kgmol/sCH4 -80231 KJ X Kgmol/sCH4 -10000 KJ/s X= 100*10000 = 12.4*O2 necesario 0.31 KJ/mol y PCS= 39125.36 Kg/s Consumo del aire: V= 138. 036 ∗ 30.46) ∗ 100 Respuesta (c) = 86.2)] ∗ 145K Q= 6.056 ∗ 29.Rendimiento Calorífico de la Instalación: Q= m*Cp*∆T Q= m*Cp*(160oC – 15oC) Q= m*Cp*(145oK) 𝐐 = [(𝐦𝐂𝐎𝟐 ∗ 𝐂𝐩𝐂𝐎𝟐 ) + (𝐦𝐇𝟐𝐎 ∗ 𝐂𝐩𝐇𝟐𝐎 ) + (𝐦𝐍𝟐 ∗ 𝐂𝐩𝐍𝟐 ) + (𝐦𝐎𝟐 ∗ 𝐂𝐩𝐎𝟐 )] ∗ 𝟏𝟒𝟓𝐊 𝐐 = [(0.432 Kg/s K x 145 K = 932.1) + (0.064 ∗ 30) + (0.9) + (0.05 % .𝟔𝟒∗12.044 ∗ 40.64 Kg/s 𝜀𝑃 𝜀𝑎 HORNO 𝜀𝑢 𝛆𝐮 (𝛆𝐚 − 𝛆𝐩 ) 𝐑= ∗ 𝟏𝟎𝟎 → 𝐑= ∗ 𝟏𝟎𝟎 𝛆𝐚 𝛆𝐚 10000 𝐑 = (𝟗𝟑𝟐. C * 22. 1 m3 V aire = V O2 * 5 = 9.4 Lt. De oxigeno Dato teórico carbono oxigeno 12g.35 *106 Lt.PROBLEMA N° 4: Cuantos m3 de aire se necesitan para la combustión completa de una tonelada de carbón. C 22. O. O X = 106 g. Aire. C X = 1. 103 Lt. V aire = 9350 m3 .4 Lt. O 106 g.4 Lt.87 *106 Lt. O 12 g. Se supondrá que el aire contiene 1/5 de su volumen en oxigeno Solución: C + O2 CO2 1Mol de 1Mol de 22. C X Lt. O2 = 1%. H = 5%. El análisis de los humos secos producidos da: CO2 = 14. ----- 2H2 + 1O2 2H2O 25 ----.8%. Solución: C= 87% H2= 5% CO2= 14. N2 = 81%.1%. 50 ---- 1S + 1O2 1SO2 10 ----.PROBLEMA N° 7: Un horno quema carbón de composición: C = 87%. N2) Entran Salen Base de Cálculo: 1000 kg de Carbón C= 870kg H2= 50kg O2= 10kg S= 10Kg N2= 10kg Cenizas= 50Kg Reacción Salidas O2 CO2 H2O SO2 1C + 1O2 1CO2 870 870 ----.1%. SO2 = 0.4 kgCO2 gases secos .8 X kgCO2 100 X=5878. O2 = 4.1% O2= 1% Aire seco N2= 81% Cenizas=5% (O2.8% S= 1% SO2= 0. 10 Total (Kg necesarios) 905 870 50 10 A partir del CO2 en la salida: Salen % Total (gases secos) 870kgCO2 14. cenizas = 5%.1% N2= 1% HORNO O2= 4. N2 = 1%. Calcular el exceso de aire utilizado y el volumen de los humos producidos sabiendo que salen a una temperatura de 250°C y a una presión de 730 mm Hg en la combustión de 1 TN de carbón. ---. S = 1%. 4) O2 salida = 241 kg O2 neto = O2 necesario .93 * 100 Aire en exceso = 128.2x10-3(m3*atm)/(mol*°K)(523°K) V= 262.O2 salida = (0.2% 21 Cálculo del volumen de los humos producidos: 𝐧𝐑𝐓 𝐕= 𝐏 T°= 250 +273 R= 0.041) (5878.2x10-3 (m3*atm)/ (mol*°K) P= 730 mmHg * 1atm P = 0.93% O2 neto Aire en exceso = 26.0821 (L*atm)/(mol*°K) T°= 523 °K R= 8.6 m3 0.4 m3 .O2 propio del carbón O2 neto = 905 – 10 O2 neto = 895 kg O2 ingresa = O2 neto + O2 salida O2 ingresa = 895 + 241 O2 ingresa = 1136 kg O2 exceso= O2 ingresa * 100 O2 exceso = 26.96 atm 760 mm Hg V= (5878.4mol) (8.96atm Rpt: Exceso de aire: 128 % Volumen: V= 262. 4 CO2 -94. N2 = 1%.9 CO -26. 1H2 + 1/2O2 1 H2O 56 Kg/mol 28 Kg/mol 56 Kg/mol CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O 28 Kg/mol 56 Kg/mol 28 Kg/mol 56 Kg/mol CO + 1/2O2 CO2 10 Kg/mol 5 Kg/mol 10 Kg/mol (O2) requerido 89 Kg/mol . b) Calcule la composición de la corriente de salida del horno. N2) T2 = 125 °C Entran Salen T1 = 50 °C a. c) Calcule la máxima temperatura (temperatura adiabática) a que pueden salir los gases de combustión suponiendo que esta se completa. a) Escriba y ajuste las reacciones de combustión. El gas se introduce a 50°C y el aire a 125 °C. COMPUESTO ENTALPIA DE FORMACIÓN A 25°C Kcal/mol CH4 -17. CH4 = 28%.8 Solución: H2= 56% CO2 CH4= 28% H2O CO= 10% HORNO O2 CO2= 5% Aire seco N2 N2=1% Exceso 50% (O2. CO = 10%. Se quema con un 50% en exceso de aire.PROBLEMA N° 10: Un horno se alimenta de un gas de coqueria con la siguiente composicion molar: H2 = 56%. CO2 = 5%.1 H2O -57. 32 Ts = 1550411.8 + 1528447.45 H2O 112 16.5 Kg/ mol) – (89 Kg/ mol) = 44.71 Kg/ mol 0.115504. Humos secos ( producto) Caudal molar (Kg/ mol) % CO2 38 5.5 6.5 Kg/mol *7.32 ( Ts – 398) = 387.36 Ts = 399.5 + 3840.5 Kg/ mol b.6 cal/mol*K) * ( Ts – 323 K) + (44.08 O2 44.2 cal/mol*K) ( Ts-298) 425.76K .79 = 502.32 – 387. Q = 0 Aire Q1 + Q2 = Q 3 ( mH2 * CpH2) * ( Ts – 323 K) + ( mO2 * CpO2) + ( mN2 * Cp N2) * (Ts -398 K) = ( mCO2* CpCO2) ( Ts-te) Asumimos una te CO2 = 298K (56 Kg/mol * 7.21 Kg/mol * 7 cal/mol*K) * (Ts -398 K) = ( 38 Kg/mol * 10.71 Kg/ mol * 0.(O2) entrante = 89 Kg/ mol * 1.36 3878.3cal/mol*K) + 502. Entrada de aire = 133.6) = .5 Kg/ mol.71 100 (Q1) T1 = 50°C (Q3) Ts = ? HORNO 2 Se asume que es un proceso adiabático lo cual indica que (Q2) T2 =125°C no perdida de calor.6 (Ts-298K) Ts (425.5 Kg/ mol = 635.21 72.21 Kg/ mol (aire) O2 exceso = (133.21 (% O2 ) N2 entrante = 635.39 N2 502.8 + 137468.08 TOTAL 696.6 ( Ts – 323k) + 3840.5 = 133. 6% de O. el 90% de C reacciona formando CO2.12/2 1H + ½ O2 H2O 0. 0.PROBLEMA N°8: Un combustible cuya composición en masa es: 82% de C. -------- .82)(0. ------- -------. --------.06 --------.9)/12 1C + 1O2 CO2 0.06 ------ C (0.006 ------ H2 0. 0. el resto del carbono. 12% de H. ------------.06/32 ---------. 1. Se quema con 250% de aire teórico. reacciona formando CO. Se debe que en la combustión.82)(0.1)/12 1C + ½ O2 CO 0.03 -------. --------. b) El análisis gravimétrico (% en masa) de los productos. Solución: CO2 Combustible CO HORNO H2O O2 N2 Aire Seco 250% exceso a) Aire (100%) estequiométrico = ? Aire real/ Kg de combustible Base de cálculo: 1Kg de combustible O O libre Comp. 0.87 * 10-3 total -------------. --------.06 ------- O2 0. Calcular: a) Aire teórico y el aire real en Kg de aire/ Kg de combustible.003 ------- -------.126 -------- CO2 CO H2O 0. Kg/mol Rx estequiomé trico (0. 59) 3. 55.31 Kg/mol N2 = 0. Aire teórico o estequiométrico: 1C + 1 O2 1 CO2 0.07 Aire = 0.24 Total -------.87*10-3 O2 = 0.54 0.07 Kg/mol b) Composición de productos Componentes Kg/mol x mol Kg % CO2 0.07) – 0.28 76.08 0.82/12 O entrada = Estequiométrico .124 Aire = ONeto/0.82/12 0.003 x 28 mol 0.31 x 32 mol 9.59 Kg/mol Airereal = (0.92 17.Olibre Oneto = 0.Oneto O2 = 0.O Libre O2 = 0.1.76 H2O 0.07/0.33 Kg/mol Aire Real: ONeto = Oestequometrico .124 = 0.14 O2 0.124 = 1.21 = 0.82/12 .21 (2.03 x 18 mol 0.07) – 0.5 = 2.97 CO 0.21 = 0.46 100 Calculando O2 y N2: O2 = Oentrante .79 (2.51 x 28 mol 42.51 Kg/mol .06 x 44 mol 2.64 4.89 N2 1.