Enunciado

Hidrogênio ( H 2 ) a 27 °C é queimado com 50% de excesso de ar (que também está a 27 °C) durante um processo adiabático de combustão em regime permanente. Considerando uma combustão completa, determine a temperatura de saída dos gases de produto.

Passo 1

Vamos assumir que:

Existem condições operacionais estáveis.

Ar e gases de combustão são gases ideais.

As energias cinética e potencial são desprezíveis.

Não há interações de trabalho.

A câmara de combustão é adiabática.

Passo 2

Temperatura adiabática da chama é a temperatura na qual os produtos deixam a câmara de combustão em condições adiabáticas ( Q = 0 ) sem interações de trabalho ( W = 0 ) . Sob condições de fluxo constante, o balanço de energia E e n t - E s a í d a = Δ E s i s t e m a aplicado na câmara de combustão reduz a:

∑ N P ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° ) P = ∑ N R ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° ) R

A equação de combustão de H2 com excesso de ar de 50% é

H 2 + 0.75 ( O 2 + 3.76   N 2 ) → H 2 O + 0.25 O 2 + 2.82   N 2

Das tabelas:

Então,

( - 24,820   + h ̄ H 2 O - 9904 ) + ( 0.25 ) ( h ̄ O 2 - 8682 ) + ( 2.82 ) ( h ̄ N 2 - 8669 )

= ( 8522 - 8468 ) ) + ( 0.75 ) ( 8736 + 8682 ) ( - 2.82 ) ( 8723 - 8669 )

Chegando em:

h ̄ H 2 O + 0.25   h ̄ O 2 + 2.82   h ̄ N 2 = 278,590   k J

Passo 3

À 2000K:

h ̄ H 2 O + 0.25   h ̄ O 2 + 2.82   h ̄ N 2 = 282,330   k J   ( M a i o r   q u e   278,590   k J )

À 1960K:

h ̄ H 2 O + 0.25   h ̄ O 2 + 2.82   h ̄ N 2 = 275,880   k J ( M e n o r   q u e   278,590   k J )

Por interpolação:

T P = 1977   K

A chama de temperatura adiabática da chama é obtido usando o EES sem uma abordagem de tentativa e erro. Descobrimos que a temperatura era 1978 K por EES. Os resultados são praticamente idênticos.

Resposta

T P = 1977   K

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