Temperatura de la flama adiabática – wikipedia, la enciclopedia libre gas x user reviews

En la vida diaria, la gran mayoría de las flamas que encontramos son las de compuestos orgánicos como la madera, cera, grasa, plásticos comunes, propano, gas y gasolina. La flama adiabática a presión constante de tales sustancias en el aire está en un rango relativamente estrecho alrededor de 1950 °C. Esto es debido a que, en términos de la estequiometria, la combustión de un compuesto orgánico con n átomos de carbono consiste en romper aproximadamente 2 n enlaces C–H, n enlaces C–C , y 1.5 n enlaces O 2 para formar aproximadamente n moléculas de CO 2 y n moléculas de H 2O.

Debido a que la mayoría de los procesos de combustión que ocurren naturalmente en el aire libre, no hay nada que limite al gas a un volumen determinado, como el cilindro en un motor. Como resultado, estas sustancias se queman a una presión constante, permitiendo que el gas se expanda durante el proceso. Temperaturas de flama comunes [ editar ]

Suponiendo condiciones atmosféricas (1 bar y 20 °C), la siguiente tabla muestra la temperatura de llama adiabática para varios gases a presión constante. Las temperaturas que se mencionan aquí son para una relación estequiométrica de combustible-oxidante de la mezcla (i.e. dosado relativo φ = 1).

Nota: estos son datos teóricos de la temperatura de la llama que se producen por un proceso que no pierde calor. El más cercano será la parte más caliente de la llama, donde la reacción de combustión es más eficiente. Esto también supone una combustión completa (p. ej. perfectamente equilibrado, normalmente llama azulada). Temperatura de llama adiabática (presión constante) de materiales de gases/comunes Combustible

• ↑ La temperatura igual a ≈3200 K corresponde al 50 % de la disociación química de CO2 a la presión de 1 atm. El último permanece invariante para la llama adiabática y el dióxido de carbono constituye el 97% del total de la salida de gas en el caso de antracita se quema en oxígeno. Las temperaturas más altas ocurren para la reacción de salida, mientras van en alta presión (hasta 3800 K y por encima, véase e.j. Jongsup Hong et al , p.8).

donde R Q P {\displaystyle {}_{R}Q_{P}} y R W P {\displaystyle {}_{R}W_{P}} son el calor y el trabajo transferido desde el sistema a los alrededores durante el proceso respectivamente, y U R {\displaystyle U_{R}} y U P {\displaystyle U_{P}} son la energía interna de los reactivos y productos, respectivamente. En el caso de la flama a volumen constante, el volumen del sistema se mantiene constante por lo tanto no hay ningún trabajo que ocurra; R W P = ∫ R P p d V = 0 {\displaystyle {}_{R}W_{P}=\int \limits _{R}^{P}{pdV}=0}

y no hay transferencia de calor debido a que el proceso está definido para ser adiabático: R Q P = 0 {\displaystyle {}_{R}Q_{P}=0} . Como resultado, la energía interna de los productos es igual a la energía interna de los reactivos U P = U R {\displaystyle U_{P}=U_{R}} . Debido a que este es un sistema cerrado, la masa de los productos y de los reactivos es constante y la primera ley se puede escribir sobre una base de masa; . U P = U R ⇒ m P u P = m R u R ⇒ u P = u R {\displaystyle U_{P}=U_{R}\Rightarrow m_{P}u_{P}=m_{R}u_{R}\Rightarrow u_{P}=u_{R}}

En el caso de que el proceso de la flama adiabática se lleve a cabo a presión constante la ecuación del trabajo se traduce a; R W P = ∫ R P p d V = p ( V P − V R ) {\displaystyle {}_{R}W_{P}=\int \limits _{R}^{P}{pdV}=p\left({V_{P}-V_{R}}\right)} Otra vez no hay ninguna transferencia de calor ocurriendo porque el proceso está definido para ser adiabático: . R Q P = 0 {\displaystyle {}_{R}Q_{P}=0} De la primera ley, encontramos que, − p ( V P − V R ) = U P − U R ⇒ U P + p V P = U R + p V R {\displaystyle -p\left({V_{P}-V_{R}}\right)=U_{P}-U_{R}\Rightarrow U_{P}+pV_{P}=U_{R}+pV_{R}}

Recordando la definición de entalpía H P = H R {\displaystyle H_{P}=H_{R}} .Porque es un sistema cerrado, la masa de los reactivos y los productos son constantes y la primera ley de la termodinámica se puede traducir en, . H P = H R ⇒ m P h P = m R h R ⇒ h P = h R {\displaystyle H_{P}=H_{R}\Rightarrow m_{P}h_{P}=m_{R}h_{R}\Rightarrow h_{P}=h_{R}}

Podemos observar que la temperatura de la flama adiabática de un proceso a presión constante es menor que la de un proceso a volumen constante. Esto es porque alguna de la energía realizada durante la combustión va a cambiar el volumen de control del sistema. Una analogía que se hace comúnmente entre los dos procesos es a través de la combustión en un motor de combustión interna. Para el proceso adiabático a volumen constante, se piensa que la combustión ocurre instantáneamente cuando el pistón alcanza la parte superior de su vértice ( ciclo de Otto o ciclo de volumen constante). Para el proceso adiabático presión constante, mientras que la combustión se produce el pistón se mueve con el fin de mantener la presión constante ( ciclo Diesel o ciclo de presión constante).

Si asumimos que la combustión se completó (i.e. C O 2 {\displaystyle CO_{2}} y H 2 O {\displaystyle H_{2}O} ), podemos calcular la temperatura de la flama adiabática a mano, ya sean en condiciones estequiometricas o apoyarse de estequiometria (exceso de aire). Esto se debe a que hay suficientes variables y ecuaciones molares para equilibrar los lados izquierdo y derecho, C α H β O γ N δ + ( a O 2 + b N 2 ) → ν 1 C O 2 + ν 2 H 2 O + ν 3 N 2 + ν 4 O 2 {\displaystyle {\rm {C}}_{\alpha }{\rm {H}}_{\beta }{\rm {O}}_{\gamma }{\rm {N}}_{\delta }+\left({a{\rm {O}}_{\rm {2}}+b{\rm {N}}_{\rm {2}}}\right)\to \nu _{1}{\rm {CO}}_{\rm {2}}+\nu _{2}{\rm {H}}_{\rm {2}}{\rm {O}}+\nu _{3}{\rm {N}}_{\rm {2}}+\nu _{4}{\rm {O}}_{\rm {2}}}

necesarios para el balance molar (estos son los productos más comunes incompletos de la combustión), C α H β O γ N δ + ( a O 2 + b N 2 ) → ν 1 C O 2 + ν 2 H 2 O + ν 3 N 2 + ν 5 C O + ν 6 H 2 {\displaystyle {\rm {C}}_{\alpha }{\rm {H}}_{\beta }{\rm {O}}_{\gamma }{\rm {N}}_{\delta }+\left({a{\rm {O}}_{\rm {2}}+b{\rm {N}}_{\rm {2}}}\right)\to \nu _{1}{\rm {CO}}_{\rm {2}}+\nu _{2}{\rm {H}}_{\rm {2}}{\rm {O}}+\nu _{3}{\rm {N}}_{\rm {2}}+\nu _{5}{\rm {CO}}+\nu _{6}{\rm {H}}_{\rm {2}}}

En las aplicaciones del mundo real, la combustión completa no ocurre típicamente. La Química dicta que la disociación y cinética cambiará los componentes relativos del producto. Hay un número de programas disponibles que pueden calcular la temperatura de la flama adiabática, teniendo en cuenta la disociación a través de constantes de equilibrio (Stanjan, NASA CEA, AFTP). La siguiente figura ilustra que los efectos de la disociación tienden hacer más baja la temperatura de la flama. Estos resultados pueden ser explicados a través del principio de Le Chatelier. Ver también [ editar ]

• Babrauskas, Vytenis (2006-02-25). Babrauskas, Vytenis (25 de febrero de 2006). «Temperatures in flames and fires». Fire Science and Technology Inc. Archivado desde el original el 12 de enero de 2008 . Consultado el 27 de enero de 2008. Recuperó Babrauskas, Vytenis (25 de febrero de 2006). «Temperatures in flames and fires». Fire Science and Technology Inc. Archivado desde el original el 12 de enero de 2008 . Consultado el 27 de enero de 2008.

• "Temperatura de Llama adiabática". «Adiabatic Flame Temperature». The Engineering Toolbox. Archivado desde el original el 28 de enero de 2008 . Consultado el 27 de enero de 2008. Del original el 28 de enero de 2008. Recuperó 2008-01-27. Temperatura de llama adiabática de hidrógeno, metano, propane y octane con oxígeno o aire como oxidizers

• "Temperaturas de llama para algunos Gases Comunes". «Flame Temperatures for some Common Gases». The Engineering Toolbox. Archivado desde el original el 7 de enero de 2008 . Consultado el 27 de enero de 2008. Del original el 7 de enero de 2008. Recuperó 2008-01-27.