Processi di Combustione – A.A. 2014-15 – Svolgimento prova metà corso 13 aprile 2015
COGNOME________________ NOME________________ MATRICOLA ____________
NOTA IMPORTANTE: Nella traccia, N rappresenta il numero intero espresso dalle ultime due cifre del numero di matricola del candidato. Se fossero entrambe nulle, si prendano terzultima e penultima cifra.
1) Reazione di combustione
Si scriva e si bilanci la reazione di combustione per il GPL con aria, in cui propano e butano
sono miscelati in proporzione (N : 100 − N). (5)
Si scrive la reazione stechiometrica sulla base di una mole di combustibile, della quale una frazione pari a sarà propano e una frazione pari a sarà butano:
Dal bilancio degli atomi di carbonio e degli atomi di idrogeno si trova:
mentre dal bilancio degli atomi di ossigeno si trova:
2) Miscele di reagenti e prodotti
Un combustore di potenza nominale di 30 kW è alimentato in condizioni standard di riferimento (T=298 K, p=1 atm) con metano (CH4) e rapporto equivalente di N/100.
Determinare:
a. la composizione dei fumi espressa in base massa (5)
b. il rapporto A/F e l'eccesso d'aria (5)
c. le portate volumetriche di metano e della miscela reagente (5)
Si scrive la reazione sulla base di una mole di combustibile:
dove
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Calcoliamo ora le frazioni di massa dei prodotti:
Il rapporto è dato da
La percentuale di eccesso d'aria è data da
.
Usiamo ora il dato quantitativo (potenza nominale) per determinare la portata di metano. La potenza nominale è data dalla portata massica del combustibile moltiplicata per il potere calorifico:
da cui, ricavando il potere calorifico dalle tabelle:
Sapendo poi che il peso molecolare del metano è circa , cioè , calcoliamo la portata molare di metano:
Applicando la legge di stato per i gas ideali si ottiene facilmente la portata volumetrica di metano:
. Infine, la portata volumetrica totale alimentata sarà pari al volume calcolato per il metano moltiplicato per il numero di moli totali dei reagenti, che è dato da , ossia:
.
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3) Temperatura adiabatica di combustione
Una miscela C3H8–aria brucia a volume costante con pressione iniziale di 1 bar. La temperatura dell'aria è pari a 5×N °C. Si adottino le seguenti ipotesi:
“Combustione completa”, cioè la miscela dei prodotti consiste solo di CO2, H2O, ed N2.
L’entalpia della miscela dei prodotti si può approssimare usando calori specifici costanti valutati a Tmedia (Ti + Tad)/2, dove Ti è la temperatura media della miscela reagente e Tad si ipotizza essere circa 2200 + 5×N K.
a. Stimare la temperatura adiabatica di fiamma con alimentazione stechiometrica (5)
b. Sotto le stesse ipotesi, ma ovviamente considerando l’eccesso di O2 nei prodotti, stimare la temperatura adiabatica di combustione per rapporto equivalente 0.2 (5) Il procedimento è in tutto simile a quello riportato nel testo per la combustione del metano.
