Entalpía de Combustión, Temperatura Adiabática de Llama y Propiedades de Gases Ideales

Entalpía de Combustión y Poder Calorífico

La entalpía de combustión se define como la cantidad de calor liberado por mol de sustancia quemada, a presión constante. Se distingue entre:

• Poder calorífico superior: Cantidad de calor que puede obtenerse en la combustión completa de la unidad de combustible, si en los productos de la combustión el agua está en forma líquida.
• Poder calorífico inferior: Cantidad de calor que puede obtenerse en la combustión completa de la unidad de combustible, si en los productos de la combustión el agua está en forma de vapor.

Temperatura Adiabática de Llama

La temperatura adiabática de llama es aquella que se alcanza cuando se quema un combustible en aire u oxígeno sin ganancia ni pérdida de calor. Se determina mediante los siguientes balances:

• Balance de masa: ∑n_sh_s = ∑n_eh_e
• Balance de energía: ∑n_s(h_f + Δh)_s = ∑n_e(h_f + Δh)_e ; ∑n_s(Δh)_s = ∑n_e(Δh)_e + ∑n_eh_fe - ∑n_sh_fs

Saturador Adiabático

Un saturador adiabático es un dispositivo con dos entradas y una salida, con una transferencia de calor despreciable con el medio circundante. A este dispositivo ingresa una mezcla de aire con temperatura T y presión p conocidas, pero con una humedad específica ω desconocida, y agua a una temperatura T_as. Se agrega la misma cantidad de agua que se evapora para mantener una cantidad constante de agua. Cuando la mezcla de aire pasa a través del dispositivo, entra en contacto con la superficie del agua, lo que hace que esta mezcla, si no está saturada, aumente su contenido de vapor de agua. La energía necesaria para evaporar el agua en el saturador proviene de la mezcla de aire, lo que resulta en un descenso de la temperatura de la mezcla de aire que entra. Con una longitud del saturador suficientemente larga, la mezcla saldrá saturada a una temperatura de saturación T_as, presión conocida p y una humedad específica ω'. Teniendo en cuenta que la entalpía del vapor de agua se puede tomar como la entalpía del vapor saturado a la temperatura de la mezcla, H_v = h_g, se puede calcular la humedad específica inicial ω como:

ω = (h_aT_as - h_aT + ω'(h_gT_as - h_fT)) / (h_gT - h_fT_as)

Hipótesis del Gas Ideal

Las hipótesis del gas ideal son las siguientes:

• Un gas se compone de un gran número de pequeñas partículas, llamadas moléculas.
• Las moléculas se mueven continuamente, chocando entre sí y con las paredes del recipiente.
• El volumen ocupado por las moléculas es muy pequeño en comparación con el volumen total, de manera que las moléculas no se atraen entre sí.
• Los choques entre ellas son elásticos y conservan la energía cinética.
• La temperatura del gas no es más que el promedio de la energía cinética de las moléculas que componen el gas.

La entalpía depende de la temperatura: h ≡ u + Pv = u(T) + RT = h(T). Se llama gas perfecto al gas ideal con calores específicos constantes, es decir, aquel en el que la diferencia de energía interna –y de entalpía– es proporcional a la diferencia de temperatura entre dos estados.

Regla de Dalton y Regla de Amagat

Regla de Dalton

El modelo de Dalton describe las propiedades de la mezcla en función de las propiedades de los componentes individuales, cada uno a la temperatura y volumen de la mezcla. La presión parcial es la contribución de cada componente a la presión total de una mezcla. En mezclas de gases ideales (sin interacción entre los componentes), se mide como la presión que ejercería cada componente de una mezcla por separado, si estuviera a la temperatura de la mezcla, ocupando el volumen de la mezcla. La regla de Dalton establece que la suma de las presiones parciales de los componentes es igual a la presión total de la mezcla: P = Σp_i. Es exacta cuando se aplica a mezclas de gases ideales donde la mezcla es a su vez un gas ideal.

Regla de Amagat

Un concepto paralelo a la presión parcial es el volumen parcial v_i: volumen que ocuparía un componente de una mezcla, si estuviera él solo a la presión y temperatura de la mezcla. En mezclas de gases ideales, la suma de volúmenes parciales es el volumen total (V = Σv_i). Al igual que la regla de Dalton, la de Amagat no es una ley termodinámica, pues no se cumple universalmente en todos los sistemas. Sin embargo, se cumple exactamente en mezclas de gases ideales cuando la mezcla es también un gas ideal. Para gases ideales, las reglas de Dalton y Amagat son completamente equivalentes. Para mezclas que cumplen la regla de Dalton, la energía, entalpía y entropía de una mezcla son iguales a las sumas de las energías, entalpías o entropías de los respectivos componentes individuales. Por ejemplo, para la entalpía: H = ΣH_i = Σm_ih_i