Otras carreras operaciones unitaria

[dar_w]

[FONT=Calibri]Un gas combustible tiene las siguiente composición C0=28%, CO2=3.5% , O2=0.5% , N2=68% . Este gas se quema con tal cantidad de aire que el oxigeno del aire se encuentra con un 20% de exceso con respecto al oxigeno neto (demanda neta de oxigeno) si la combustión es 98% completa [/FONT]
[FONT=Calibri]Calcular [/FONT]
[FONT=Calibri]Peso y composición en porcentaje volumétrico de estos gases de chimenea formado por cada 100 Kg de gas quemado [/FONT]

[Caifan]

Re: operaciones unitaria

Típico problema de balance de materia. Tengo dos dudas:

1.- ¿Cómo crees que se resuelve?

2.- ¿En segundo ciclo de Física estudian esto?

[dar_w]

Re: operaciones unitaria

pues la verdad estudio ing agroindiustria , estos problemas nunca me lo han explicado y me lo dejaron para un examen . quieron que me ayuden con ideas para resolverlo

[Caifan]

Re: operaciones unitaria

Tienes que realizar un balance de materia. Por la ley de la conservación de la materia, la cantidad de masa que podría llegar a acumularse dentro del quemador es igual a la cantidad de materia que entra menos la que sale.

De los cuatro compuestos que componen el gas combustible, sólamente uno de ellos puede reaccionar con oxígeno, el monóxido de carbono, CO. Dado que te piden usar una báse de cálculo de 100 kg, y al tener un 28 % de CO, entonces tienes 28 kg de CO en la entrada al quemador. La reacción de combustión del CO es CO + (1/2)O2 = CO2, lo que quiere decir que por cada mol de CO que reaccione, se necesita medio mol de O2.

Si la masa molar del CO es 28 g/mol, que es igual a 0.028 kg/mol (supongo que sabes calcular masas molares de compuestos, en este caso la masa molar es numéricamente igual al porcentaje en peso), entonces hay (28 kg)/(0.028 kg/mol)= 1000 mol de CO. Al necesitarse medio mol de O2 por mol de CO, entonces se necesitan 500 mol de O2.

500 mol de O2 son iguales a 16 kg de O2 (toma en cuenta que el oxígeno esta presente como una molécula diatómica, por tanto su masa molar es igual a 16 + 16 = 32 g/mol). Esos 16 kg de O2 son el 21 % del aire alimentado (la composición que se considera estandar para el aire es 21 % O2, 78 % N2 y 1 % de otros gases, en su mayoría argón), sí 16 kg son el 21 %, entonces el 100 % es 76.2 kg (que ya incluyen el oxigeno, nitrogeno y los demas gases del aire).

Esos 76.2 kg de aire son apenas justos para que reaccione todo el monóxido. Dado que tenemos un 20 % en exceso, en realidad, la corriente de aire es de (76.2 kg)(1.20) = 91.44 kg de aire.

Ya conoces las dos corrientes de alimentación: 100 kg de mezcla combustible y 91.44 kg de aire.

Para calcular los datos de la corriente de salida debes considerara que la reacción química al 98% significa que sólamente reacciona el 98% del reactivo limitante (que obviamente es el monóxido al tener claramente un exceso de oxígeno). Entonces, esos 1000 mol de CO no reaccionan totalmente, sólamente 980 mol, lo que equivale a que tambien reaccionan 490 mol de O2 y se forman 980 mol de CO2. Con las masas molares calculas la masa en kilogramos de esas cantidades de moles. Debes de calcular 27.44 kg de CO que reaccionan, 7.84 kg de O2 que reaccionan y 43.12 kg de CO2 que se forman.

Las cantidades calculadas de CO y O2 no estan a la salida, pero si lo esta el CO2. Por tanto, si tenías

28 kg de CO en la corriente de combustión, sólamente salen (28 - 27.44) kg = 0.66 kg de CO en la salida del quemador.

0.5 kg de O2 en la corriente de combustión más (91.44)(0.21) kg en el aire, sólamente salen 0.5 kg + (91.44)(0.21) kg - 7.84 kg = 11.8624 kg de O2 en la salida del quemador.

68 kg de N2 en la corriente de combustión mas (91.44)(0.78) kg en el aire, y al no participar la reacción, ni aumenta ni disminuye, entonces tenemos 139.3232 kg de N2 en la salida del quemador.

3.5 kg de CO2 en la corriente de combustión mas lo formado en reacción química, 43.12 kg de CO2, entonces tendremos 46.62 kg de CO2

No se a que se refiere con "peso y composición en porcentaje volumétrico", suponiendo que quiere decir porcentaje en peso y porcentaje en volumen, pues simplemente el porcentaje en peso es el peso de cada componente entre la suma de los pesos de todos los componentes.

Para poder hablar de volumenes tienes que conocer presión total y temperatura de la mezcla de salida.

Saludos.

[Al2000]

Re: operaciones unitaria

...
Para poder hablar de volumenes tienes que conocer presión total y temperatura de la mezcla de salida.
...

Bueno, si simplificas y asumes que todos los gases de salida se encuentran a las mismas presión y temperatura, idealizando su comportamiento la composición volumétrica de la mezcla será igual a la composición molar.

Saludos,

Al

[Caifan]

Re: operaciones unitaria

Como dice Al2000, si usas esa aproximación, la composicion volumétrica es igual a la composición molar de la mezcla.

[sofi08]

Re: operaciones unitaria

hola! quisiera saber de donde sacas el 1.20 gracias!

Esos 76.2 kg de aire son apenas justos para que reaccione todo el monóxido. Dado que tenemos un 20 % en exceso, en realidad, la corriente de aire es de (76.2 kg)(1.20) = 91.44 kg de aire.

[Caifan]

Re: operaciones unitaria

Hola sofi08

El 1.2 es un factor, considerando que 76.2 kg es el aire necesario para el 100% del monóxido, y me piden el 20% de exceso, esto es, cuánto aire necesitaría si tuviera 120% de CO. Por regla de tres

100/76.2 = 120/x

despejando para x

x = (120/100) 76.2

ó

x = (1.20)(76.2)

Si te hubiesen pedido el 30% de exceso se habría hecho, de la misma manera, (76.2)(1.3).

Espero que aún te sea útil esto, veo que ya tiene un poco de tiempo la pregunta, lo siento por la tardanza.

¡Saludos!