Ejercicios De Balance De Energia Con Reaccion Quimica

1. En una prueba realizada en una caldera con alimentación de aceite no fue posible medir la cantidad de aceite quemado, aunque el aire que se empleó se determinó insertando un medidor ventura en la línea de aire. Se encontró que se había utilizado 5000 pies3 / min de aire a 80 ºF y 10 lb / plg2 man. El análisis del gas de chimenea seco es: CO2, 10.7%; CO, 0.55%; O2, 4.75%; N2, 84.0%. Si sesupone que el aceite está formado únicamente por hidrocarburos, calcular los galones por hora de aceite que se queman. El peso específico del aceite es 0.94.
Solución
Datos del Aire
Base: 1 min
V = 5000 pies3; T = 80 ºF = 540 ºR; Pabs = Pman + Patm = (10 + 14.7) psia = 14.7 psi
Aplico la ecuación de los gases ideales para determinar el número de moles de aire:
PV = nRT
24.7 x 5000 = naire x10.73 x 540 → naire = 21.31
Por lo tanto tendremos también:
n(O2)= 0.21 x 21.31 = 4.475; n(N2) = 0.79 x 21.31 = 16.835
W(O2)= 4.475 x 32 = 143.2 lb; W(N2) = 16.835 x 28 = 471.38 lb

Datos para los gases de combustión secos
CO2 = 10.70 %
CO = 0.55 %
O2 = 4.75 %
N2 = 84.00 %
Aplicando una regla de tres para el N2 que no reacciona tendremos:
ntotales = 16.835 x 100 / 84 = 20.042
Lo que nosdaría los siguientes datos:
n(CO2) = 2.144 → W(CO2) = 94.336 lb
n(CO) = 0.110 → W(CO) = 3.080 lb
n(O2) = 0.952 → W(O2) = 30.464 lb
n(N2) = 16.835 → W(N2) = 471.380 lb

Ahora ya sabemos el O2 que se encuentra en el agua.
W(O2)en agua = 143.2 – 100.832 = 42.368 lb
W(H2)en agua = 47.664 x 2 / 16 = 5.296 lb
Este último peso hallado es el H que entra con el aceite.
Hallamos ahora elcarbono que entra con el aceite.
W(aceite) = 27.048 + 5.296 = 32.344 lb = 14684.176 gr
r (aceite) = 0.94 gr / cc
V = 15621.464 cc / min
Transformando a galones por hora:

2. El análisis de un gas es: CO2, 5%; CO, 40%; H2, 36%; CH4, 4% y N2, 15%. Este gas se quema con 60% de exceso de aire; la combustión es completa. El gas y el aire entran a 60 ºF, y los gases de chimenea descargan a 500 ºF.Calcular:
(a) El análisis del gas de chimenea seco.
(b) Pies cúbicos de aire por pie cúbico de gas.
(c) Pies cúbicos de gas de chimenea húmedo por pie cúbico de gas.

Solución

Base: 100 moles de gas

n(CO2) = 5
n(CO) = 40
n(H2) = 36
n(CH4) = 4
n(N2) = 15

Solamente combustionan el H2 y el CH4 para formar CO2 y H2O.
Reacciones de combustión:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
H2 + (1/2)O2 →H2O




Análisis del gas de chimenea seco

n(CO2) = 5 + 4 = 9
n(CO) = 40
n(N2) = 15 + 156.49 = 171.49
n(O2) = 15.6

n(totales) = 236.09

Por lo tanto:

CO2 = 3.81%
CO = 16.94%
N2 = 72.64%
O2 = 6.61%

b) Como en los gases se cumple que una base molar es equivalente a una base volumétrica tendremos que entran 100 pies3 de gas y que entran n(aire)=41.6 + 159.49 = 198.09 molesque también equivaldrían a 198.09 pies3.





c) n(H2O) = 8+36 = 44 → n(totales)húmeda = 236.09 + 44 = 280





3. Para la manufactura del hielo seco un horno produce gas de chimenea seco que contiene 16.8% de CO2. Este gas se pasa por el sistema de recuperación de calor de una caldera y luego por un sistema de absorbedores en cuya entrada el contenido de CO2 es de 15.2%. Calcularlos pies cúbicos de aire que han entrado al sistema por pie cúbico de gas de chimenea seco.
Solución
Base: 100 moles de gas chimenea seco
n(CO2) = 16.8%
n(Otros) = 83.2%
16.8 moles de CO2 → 15.2%
x → 100%
x = 110.526 moles de CO2
n(CO2) + n(otros) + n(aire) = 110.526
16.8 + 83.2 + n(aire) = 110.526
n(aire) = 10.526 → V(aire) = 10.526 pies3

4. En la reacción
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 +CO2 + H2O.
(a) ¿Cuántos gramos de carbonato de calcio se requieren para producir 1700 cm3 de bióxido de carbono a 780 mm de Hg y 17 ºC?
(b) Si se desprenden 360 cm3 de bióxido de carbono a 754 mm de Hg y 20 ºC, ¿qué cantidad de gramos de carbonato de calcio fueron sujetos a la reacción?
Solución
Datos para el CO2:
V = 1700 cm3 = 1.7 lt
P = 780 mmHg = 1.0263 atm
T = 17 ºC = 290 ºK
PV = nRT...