exposicion gases ideales y combustion2
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
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GASES IDEALES Y
REACCIONES DECOMBUSTION
CARLOS ANDRES PERDOMO LOZADA
RAMATIS HEGEL HURTADO GARCIA
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GASES IDEALES
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TEMAS A TRATAR:
GAS
VARIABLES DE UN GAS
CARACTERISTICAS DE UN GAS IDEAL
TEORIA CINETICA DE LOS GASES IDEALES LEY DE BOYLE-M ARIOTTE
LEY DE CHARLES
LEY DE GAY LUSSAC
LEY DE AVOGADRO
LEY GENERAL DE LOS GASES
LEY DE LOS GASES IDEALES
CONDICIONES NORMALES
LEY DE DALTON
FORMAS ALTERNATIVAS
OTRAS LEYES (Amagat, Joule y Graham)
IMPORTANCIA DE LOS GASES IDEALES
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GAS
Un gas es una sustancia cuyas
molculas estn en constantemovimiento, carece de forma y
adopta la del recipiente que lo
contiene debido a que la fuerza entre
los tomos y las molculas apenastienen un efecto apreciable y estos
se mueven con libertad entre s.
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VARIABLES DE UN GAS
La temperatura es un propiedad fsica de los gases. A
temperaturas altas sus molculas se mueven ms rpido.La temperatura se debe expresar en Kelvin K = C +
273.
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En fsica llamamos presin a una fuerza que se ejerce
sobre una superficie.
Segn la teora cintica la presin de un gas estrelacionada con el nmero de choques por unidad de
tiempo de las molculas del gas contra las paredes del
recipiente.
Cuando la presin aumenta quiere decir que el nmerode choques por unidad de tiempo es mayor.
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Existen distintas unidades para medir presin como:
atmsferas (atm), milmetros de mercurio (mmHg), pascal
(Pa), kilo pascal (Kpa), bar, Torriceli (Torr).
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El Volumen (V) es el espacio ocupado por un gas.
El gas es compresible y su volumen estar determinadopor el espacio ocupado. Si un gas se comprime, su
presin y volumen se modificarn de acuerdo a las
leyes de los gases.
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Su unidad es el mol. Un mol es la cantidad de sustanciaque contiene tantos tomos o molculas como hay
precisamente en 12 g. de Carbono 12, o bien un mol es
aquel numero de gramos de una sustancia numricamente
igual a la masa molecular de la sustancia.
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GASES
PRESION (P) TEMPERATURA
(T)
VOLUMEN
(L)
CANTIDAD
DE MOLES(n)
o La relacin entre temperatura, presin, volumen y la
cantidad de gas expresado en moles, se las conoce
como LEYES DE LOS GASES estas se basan en
cuatro variables para definir la condicin fsica o
estado del gas tales son:
temperatura, presin, volumen y cantidad de gas
expresado en moles
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CARACTERISTICAS DEL GAS IDEAL
Se considera que un gas ideal presenta las siguientes
caractersticas:
Obedece a la teora cintica de los gases ideales.
-Obedece a las leyes de los gases ideales: boyle-mariotte,
gay-lussac, charles, Avogadro, la ecuacin general de losgases, la le ley del gas ideal, ley de Dalton, entre otras
leyes.
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TEORIA CINETICA DE LOS GASES
(POSTULADOS)
Los gases estn formados por partculas separadas enormemente encomparacin a su tamao. El volumen de las partculas del gas esdespreciable frente al volumen del recipiente.
Las partculas estn en movimiento continuo y desordenadochocando entre s y con las paredes del recipiente, lo cual produce lapresin.
Los choques son perfectamente elsticos, es decir, en ellos no sepierde energa (cintica).
La energa cintica media es directamente proporcional a latemperatura.
No hay fuerza de atraccin entre las molculas, son independientesunas de otras.
El gas es considerado puro. Es decir todas las molculas sonidnticas.
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Gas ideal. Se define como gas ideal, aquel
donde todas las colisiones entretomos o molculas son
perfectamente elsticas, y en el queno hay fuerzas atractivasintermoleculares. Se puede visualizar
como una coleccin de esferasperfectamente rgidas que chocanunas con otras pero sin interaccinentre ellas. En tales gases toda laenerga interna est en forma de
energa cintica y cualquier cambioen la energa interna va acompaadode un cambio en la temperatura.
http://images.google.co.ve/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_XQGHO3NX90Y/RdV-DkxFryI/AAAAAAAAAE0/wEcf4wgZ7z0/s320/teor%C3%ADa+at%C3%B3mica+dalton.jpg&imgrefurl=http://siberiamalvinas.blogspot.com/2007/02/sobre-dalton.html&usg=__mEcnYUM_pRGnat7Ku_ATJzEkFws=&h=242&w=320&sz=25&hl=es&start=21&um=1&itbs=1&tbnid=CM2RLwibm8gLsM:&tbnh=89&tbnw=118&prev=/images?q=ley+de+las+presiones+parciales+de+Dalton&ndsp=18&hl=es&sa=N&start=18&um=1 -
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Ley de Boyle- Mariotte
Cuando el volumen y la presin de una cierta cantidad degas es mantenida a temperatura constante, el volumen
ser inversamente proporcional a la presin: PV=K
Cuando aumenta la presin, el volumen disminuye; si la
presin disminuye el volumen aumenta.
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12L de un gas soportan una presin de 1,2 atm. Cul ser el
volumen que ocupar esta misma masa de gas si, mantenindose la
temperatura constante, se la lleva a una presin de 1,8 atm?.
P1= 1,2 atm
V1= 12L
P2= 1,8 atm
V2= X
1,2 atm 12L
1,8 atm
X =
X = 8L
1,2 atm 12L = 1,8 atm X
P1V1= P2 V2
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Una bolsa esta inflada. Tiene un volumen de 900 ml a unapresin de 1 atm. Qu presin se necesita para que un
globo reduzca su volumen 200 ml?
P1= 1 atm
V1= 900 ml
P2= X
V2= 700 ml.
P1V1= P2 V2
1 atm 900 ml = X 700ml
1 atm 900ml
700 ml
X =
X = 1.28 atm
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Ley de Charles
o El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a
presin constante es directamente proporcional a su
temperatura absoluta.o Es decir: cuando aumenta la temperatura aumenta
tambin el volumen.
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Un gas ocupa un volumen de 50L medidos a una temperatura de 20
C. Qu volumen ocupar a 5 C, si la presin se mantiene
constante?.
V1= 50L
T1= 20C + 273 = 293K
V2= X
T2= 5C + 273 = 278K
50L
293K
=X
278K
X = 47,44L
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Una muestra gaseosa tiene un volumen de 200 cm a 20
C de temperatura. Calcular el volumen a 0 C si lapresin permanece constante. (Calcular el volumen en
litros)
V1= 200 cm = 0.2 L
T1= 20C + 273 = 293K
V2= X
T2= 0C + 273 = 273K
0.2L
293K =
X
273K
X = 0.186L
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Ley de gay - Lussac
La presin de un gas que se mantiene a volumen constante,
es directamente proporcional a la temperatura:
Es por esto que para poder envasar gas, como gas licuado,
primero se ha de enfriar el volumen de gas deseado, hasta
una temperatura caracterstica de cada gas, a fin de poder
someterlo a la presin requerida para licuarlo sin que se
sobrecaliente, y, eventualmente, explote.
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A 20 C una cierta masa de gaseosa soporta una presin
de 8 atm. Si se la calienta hasta llegar a una temperaturade 80 C cul ser la presin, suponiendo que el
volumen permaneci constante?.
P1= 8 atm
T1= 20C + 273 = 293K
P2= X
T2= 80C + 273 = 353K
8 atm.
293K =
X
353K
X = 9.63atm.
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Ley de Avogadro
Es aquella en el que las constantes son presin y
temperatura, siendo el Volumen directamenteproporcional al Nmero de moles (n)
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Un globo de helio se infla hasta tener un volumende 2
litros, unos das despus el volumen del globo es de 0.5
litros y segn anlisis haban 0.025 moles de helio,Cuantas moles de helio haban en el globo recin
inflado?, suponga que la presin y la temperatura al
momento de hacer las mediciones eran las mismas.
v1= 2L.
n1= X
v2= 0.5L.
n2= 0.025
2L.
X=
0.5L
0.025mol
X = 1mol.
http://ejerciciosresueltos.co/volumen/http://ejerciciosresueltos.co/presion/http://ejerciciosresueltos.co/temperatura/http://ejerciciosresueltos.co/temperatura/http://ejerciciosresueltos.co/presion/http://ejerciciosresueltos.co/volumen/ -
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p T n V
Boyle aumenta constante constante disminuye V 1/p
Charles constante aumenta constante aumenta T V
Avogadro constante constante aumenta aumenta n V
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Ley general de los gases
Esta ley se relaciona con el volumen, temperatura y
presin. Al relacionarlos, dan origen a una constante para
dos estados del mismo gas: la masa del gas no vara.
Con lo que uniendo las tres frmulas queda:P V
=constante;T
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Un gas a 30 C y 680 mmHg ocupa un volumen de 50L.
Qu volumen ocupar dicho gas en condiciones
normales (p = 760 mmHg y T = 273 K)
P1= 680 mmHg
V1= 50L
T1= 30C + 273 = 303K
P2= 760 mmHg
V2= X
T2= 273K
680mmHg*50L
303K
=760mmHg * X
273K
X = 40.3L
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Las leyes mencionadas pueden combinarse
matemticamente en la llamada ley de los gases ideales.
Su expresin matemtica es:
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Donde:
P=presin.
V=volumen.
N=numero de moles.
T=temperatura.
R es la constante de proporcionalidad.
R se llama constante universal de los gases, porqueexperimentalmente se encontr que su valor es el mismo
para todos los gases.
El valor y las unidades de R dependen de las unidades de
P, V y T.
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Condiciones normales gas ideal
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DEMOSTRACION DE R.
Basndonos en 1 mol de gas en condiciones normales.Resolvemos la ecuacin para R:
=
=
(.)
()=0.0821
;
;
R en otras unidades:
R=8.314J/(mol.K)
R=1.99 calorias/(mol.K).
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Determine el volumen de 1 mol de cualquier gas, si se
supone que se comporta como un gas ideal a PTE.
P V = N R T
=
=
(.)..
(273)= 22.41L.
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
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*Un globo de helio para fiesta, que se supone es una esfera perfecta,
tiene un radio de 18.0 cm. A temperatura ambiente (20C), su
presion interna es de 1.05 atm. Determine el numero de moles de
helio en el globo y la masa de helio necesaria para inflar el globo a
estos valores. = 4/
V=
r.V=
(0.18m)=0.0244m=24,4lt
n= (,)(,)
(,
)()
= 1.066moles
m=n*PM=(1,066moles)*(4gr/mol)= 4,26gr
EJERCICIO
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
37/63Ley de Dalton
Enuncia que en una mezcla de gases la presin total es igual a lasuma de las presiones parciales que ejercera cada uno de ellos sislo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin cambiar
la temperatura.
=
=(:)
=
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Una mezcla de 4 g de CH4y 6 g de C2H6ocupa un volumen
de 21,75 litros. Calcula: a) la temperatura de la mezcla si la
presin total es de 05 atm; b) la presin parcial de cada
gas.
a) 4 gn (CH4) == 0,25 mol
16 g/mol
6 gn (C2H6) == 0,20 mol
30 g/mol
n (total) = n (CH4) + n (C2H6) = 0,25 mol +0,20 mol = 0,45 mol
p V (0,5 atm) (21,75 L)T == = 295 K
n R (0,45 mol) (0,082 atm L/mol K)
EJERCICIO
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b)n (CH4) 0,25 mol
p (CH4) = p =0,5 atm =n (total) 0,45 mol
p (CH4) = 0,278 atm
n (C2H6) 0,20 mol
p (C2H6) = p =0,5 atm =n (total) 0,45 mol
p (C2H6) = 0,222 atm
Se comprueba que 0,278 atm + 0,222 atm = 0,5 atm
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Una muestra de amoniaco gaseoso (NH3) se descompone completamenteen nitrgeno e hidrogeno gaseosos sobre lecho de hierro caliente. Si la
presin total es de 866mmHg calcule las presiones parciales de N2 y H2.
2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)
Presin parcial H2:
=3
4= 0,75
= = 0,75 1,14 =,
Presin parcial N2:
=1
4
= 0,25
= = 0,25 1,14 =,
EJERCICIO
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
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Formas alternativas de la Ecuacin de los gases
Haciendo unos pequeos cambios en la ecuacin de los gases ideales sepuede llegar a vincular otras variables.
=
=
=
=
=
=
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42/63
*Calcule la densidad del bromuro de hidrogeno (HBr)
gaseoso en gramos por litro a 733 mmHg y 46C
(= 80,91
).
=
=
80,91
(0,964)
0,082
(319)
=,
EJERCICIO
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43/63
*Un recipiente de vidrio tiene una masa de 40,1305gr cuandoesta vacio. Cuando se llena con agua a 25C su masa aumentahasta 138,24. Y cuando se llena con propileno a 740,3mmHg y a
24C, su masa tiene un valor de 40,2959. (= 0,997/).
Volumen recipiente=volumen de agua vertido
= = 0,997
138,24 40,1305 = 97,81 = 0,0978
Masa de propileno
m=40,2959gr-40,1305gr=0,1654gr
=
=
0,1654 0,082
(297)
0,974 (0,0978) =,
EJERCICIO
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44/63
-Ley de Joule: Enuncia que la la energa interna depende exclusivamente de la
temperatura, ya que en un gas ideal se desprecia toda interaccin entre las
molculas o tomos que lo constituyen, por lo que la energa interna es slo energa
cintica, que depende slo de la temperatura. Dicho eso la variacin de la energa
interna de un gas ideal se expresa:
=
-Ley de Graham: Establece que las velocidades, tiempos o cantidad de difusin y
efusin de un gas son inversamente proporcional a la raz de sus masas moleculares.
..
=
Difusin: Es la dispersin de un gas dentro de otro.
Efusin: Es la salida de un gas por un poro o agujero del recipiente que
los contenga.
Otras leyes
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-Ley de Amagat: Establece que el volumen total de una mezcla de gases es igual a la
suma de los volmenes parciales, que cada componente ocupara si ste fuera la
nica sustancia presente en la temperatura y la presin total de la mezcla.
=
=(+ )
=
Otras leyes
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
46/63
*Si efunden 2,2x10-4 moles de N2(2) a travs de un agujero en105s Cunto H2(1) efundira a travs del mismo orificio en
105s? (= 2,01
y = 28,01
)
=
2,210;=
28,01
2,01
= 2,210; 3,73 =, ;
EJERCICIO
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
47/63
*Un determinado recipiente contiene los siguientes gases: 13gr de He, 20grde Ne y 45gr de Ar, a 45C y 3,2atm. Calcule el volumen parcial de cada gasy el volumen total del recipiente.
=(134
) (0,082
) (318)
(3,2) =,
=(
20
20,18 ) (0,082
) (318)(3,2)
=,
=(
4539,94
) (0,082
) (318)
(3,2)
=,
= + + = 26,4 + 8,07 + 99,4 =,
EJERCICIO
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
48/63
Importancia de los gases ideales
Facilitan mucho el entendimiento del comportamiento
cuantitativo de un gas debido a la sencillez de sus clculos,
a pesar de que no existen pueden darnos grandes ideas deun comportamiento de un gas real y realizar
aproximaciones. Se dice que un gas real a temperatura y
presin ambiente, tiene un comportamiento bastante
aproximado al ideal, mas precisamente un gas real seasemeja a uno ideal cuando las condiciones son de baja
presin y altas temperaturas.
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
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REACCIONES DECOMBUSTION
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
50/63
TEMAS A TRATAR:
Concepto
Componentes de una combustin
Ejemplo de combustin
Tipos de combustion
Teoras de combustin Otros conceptos (gas de chimenea, anlisis orsat)
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
51/63CONCEPTO
Es una reaccin de oxidacin rpida, en la que
se desprende energa en forma de calor y luz,por lo que es una reaccin del tipo exotrmica.
*Expresin general de combustin:
Combustible + O2 H2O(g) + CO2(g) + Energa
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
52/63
Para que se lleven a cabo se necesitan 3 componentes:Combustible, comburente y energa activacin.
-Combustible:cualquier sustancia tiene la capacidadde arder en presencia de un comburente mediante laaplicacin de una energa de activacin (gasolina,alcohol, gasleo, carbn, queroseno)
-Comburente: Es el encargado de oxidar al combustible,es decir, la sustancia que aporta el oxgeno. (Aire, ozono,
perxido de hidrogeno, nitratos, cloratos, cromatos).
-Energa de activacin: Es el aporte extra de energaque inicia la combustin.
COMPONENTES DE UNA COMBUSTION
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
53/63
Encender un fsforo: La cabeza del fosforo sera el
combustible, el aire que lo rodea el comburente y el gesto
de raspar la cerilla contra la lija aportara la energa de
activacin necesaria en forma de calor para que se active lareaccin de combustin.
EJEMPLO DE COMBUSTION
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
54/63TIPOS DE COMBUSTION
Segn la cantidad de oxigeno disponible, se clasifica en:
-Completa: Ocurre cuando las sustancias
combustibles reaccionan hasta el mximo gradoposible de oxidacin, es decir, Cuando todo elcombustible se consume. Los productos de estetipo de combustin es CO2(g) y H2O(g). Lallama es azul.
-Incompleta: Se produce cuando no se alcanzael grado mximo de oxidacin, es decir, cuando
parte del combustible no se consume, estodebido al agotamiento del oxgeno. Los
productos de este tipo de combustin esCO(g) o CO2(g) y H2O(g). La llama esamarilla.
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
55/63TE RIA DE MB TI N
Teora del Flogisto: Fue la primera teora que explico el
proceso de combustin. En esta se aseguraba que todo
combustible lo era gracias a que contena una sustanciallamada flogisto, y cuando ocurra la combustin dicha
sustancia era la que se liberaba. Esta teora fue ideada por
Johann Becher y Georg Stahl.
Teora de Combustin de Lavoisier: Por medio de la ley de
conservacin de la materia Lavoisier demostr que el
flogisto era inexistente, por lo que la teora del flogisto era
incorrecta. Adems de la derrocacion de la teora, Lavoisierpropuso que la combustin se lleva gracias a la combinacin
de un combustible con oxgeno.
G d hi id l S d ll l
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56/63
OTROS CONCEPTOS
-Gas de chimenea o residuales: Son todos aquellos gases que resultandel proceso de combustin, incluido el vapor de agua. Se dan enporcentaje.
-Anlisis ORSAT: Es tener en cuenta todos los gases resultantes de lacombustin, a excepcin del vapor de agua. Se realiza con un aparatoORSAT. Se dan en porcentaje.
-Aire terico: Es la cantidad de oxigeno que se necesita para realizaruna combustin completa.
-Aire en exceso: Es la cantidad de oxigeno que sobre luego de habercompletado la combustin. Se da en porcentaje:
-Caractersticas a tener en cuenta del aire ambiente:
*El aire esta compuesto aproximadamente de 79% de N2 y un 21% deO2.*El masa molar del aire es aproximada a 29gr/mol.
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5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
57/63
EJERCICIO
*Suponga que en una prueba se queman 20 kg de con400 kg de aire para producir 60 kg de CO2 y 80 kg de CO.
Cul fue el porcentaje de aire en exceso?
+ 5 3+ 4
20
1
44
5
1 = 2,27
400 1
29
21
100 = 2,9
% =2,9 (2,27 )
2,27 100 =, %
-
5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
58/63
*Se queman 100moles de propano (C3H8) con 12% de aire en exceso. Elpropano tuvo un rendimiento del 95%, ademas un 15% su uso para formar CO yel resto para formar CO2. Calcule la composicin del gas emitido de combustinen base seca y en base hmeda.
+ 5 3+ 4
+7
2 3 + 4
Gases emitidos: , , , , ,.
para 80,75moles80,75+ 403,75 242,25+ 323
para 14,25moles
14,25+ 49,87 42,75 + 57
Oxigeno terico y proporcionado:Teorico500moles
Proporcionado500+(0,12*500)560moles
EJERCICIOResultados de la reaccin:
-
5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2
59/63
Resultados de la reaccin:
N2sale=entra560*(79/21)2106,66moles
O2sale=entra-consumido560-453,62106,38moles
CO2sale=producido 242,52moles
CO sale=producido 42,75moles
H2O sale=producido 323+57 380molesC3H8 sale=entra-consumido 100-95 5moles
________________________________________________
Total moles gas de chimenea: 2883,31
Total moles anlisis ORSAT:2503,31
Composicin en base hmeda(gas de chimenea):
%N273,07%
%CO1,48%
%CO28,4%
%H2O13,18%
%O23,69%
%C3H80,18%
Composicin en base seca (anlisis ORSAT):
%N284,16%
%CO1,71%
%CO29,68%
%O24,25%
%C3H80,2%
*U d t i d ti l i i t i i l 28 0% d CO 3 5%
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EJERCICIO
*Un determinado gas seco tiene la siguiente composicin en volumen: 28,0% de CO; 3,5%de CO2; 0,5% de O2y 68% de N2. Este gas se quema con una cantidad tal de aire que eloxgeno del aire est en un 20% en exceso del oxgeno netonecesario para la combustin.Si la combustin se completa en un 98%, calcule la composicin en porcentaje del gas decombustin formado y la cantidad de gas de combustin formado por cada 100 lb de gasquemado.
Por cada 100lb mol de gas hay: 28 lb mol de CO; 3,5 lb mol de CO2; 0,5 lb mol de O2y 68 lb mol deN2.
Combustin:
+
.. 28 + 14 28
Gases emitidos: CO, CO2, O2 y N2
Oxigeno terico y proporcionado:
Teorico14 moles
Proporcionado gas seco + aire 0,5+(13,5*1,2)16,7moles
Resultados de la combustin en moles
O2sale=entra-consumido16,7-(14*0,98)2,98moles
CO sale=entra-consumido28-(28*0,98)0,56moles
N2sale=entra aire + entra gas seco [16,2*(79/21)]+68128,94moles
CO2sale=producido+entra3,5+(28*0,98)30,94moles
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Total moles: 163,42 moles
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Composicin gas combustin formado:
%N278,9%
%O21,82%
%CO218,93%%CO0,34%
Cantidad de gas de combustin por cada 100lb de gas quemado.
-Gas de combustin
N2(128,94)*(28)3610,32lbO2(2,98)*(32)95,36lb
CO2(30,94)*(44)1361,36lb
CO(0,56)*(28)15,68lb________________________Total: 5082,72lb
-Gas de quemado
N2(68)*(28)1904lb
O2(0,5)*(32)16lb
CO2(3,5)*(44)154lb
CO(28)*(28)784lb________________________Total: 2858lb
Por cada 2858lb de gas que se queme se van a formar 5082,72lb gas de combustin.
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Cantidad de gas de combustin por cada 100lb de gas quemado.
2858lb gas quemado -------- 5082,72lb gas de combustin
100lb -------- x
X=177,84lb
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