Capítulo 4. Termoquímica de las mezclas aire – combustible y propiedades de los fluidos de trabajo
MEZCLAS QUEMADAS La aproximación más precisa para el cálculo de las propiedades y composición de la mezcla quemada consiste usar un programa de equilibrio termodinámico a temperaturas por encima de los 1700 K y considerar que la composición de la mezcla no varía por debajo de 1700 K. Las propiedades de cada especie a altas y bajas temperaturas se dan mediante funciones polinómicas como las ecuaciones (4.33) a (4.35) y sus coeficientes en la Tabla 4.6. El método más empleado consiste en calcular las propiedades y/o composición de los productos suponiendo que no existe disociación y luego emplear métodos iterativos o correcciones que permitan tener en cuenta los efectos de la disociación. Olikara y Borman [7], han desarrollado un programa de computador para calcular las propiedades de equilibrio de los productos de combustión. Éste ha sido diseñado específicamente para el uso en aplicaciones de los MCIA. Se especifican en éste la composición del combustible (CnHmOlNk), el dosado relativo, y la presión y temperatura de los productos. Las especies incluidas en la mezcla de productos son: CO2, H2O, CO, H2, O2, N2, Ar, NO, OH, O, H y N. Las ecuaciones de balance de los elementos y las constantes de equilibrio para siete reacciones no redundantes dan como resultado un total de 11 ecuaciones requeridas para solucionar la concentración de estas especies. Las constantes de equilibrio son curvas ajustadas a partir de los datos de las tablas de JANAF. La estimación inicial de las fracciones molares para comenzar el proceso iterativo es la composición sin disociar. Una vez se determina la composición de la mezcla, se calculan las propiedades termodinámicas y sus derivadas con respecto a la temperatura, presión y dosado relativo. Se ha encontrado que este conjunto limitado de especies es lo suficientemente preciso para el cálculo de los gases quemados de motores, y es mucho más rápido que el extenso programa de equilibrio de la NASA. Se han desarrollado numerosas técnicas para estimar las propiedades termodinámicas de los gases quemados a altas temperaturas en aplicaciones de motores. Una aproximación comúnmente usada es la desarrollada por Krieger y Borman [8]. La energía interna y la constante de los gases de los productos de combustión sin disociar aparecen como polinomios en función de la temperatura del gas. El segundo paso consistió en limitar el rango de T y p a valores encontrados en MCI. A continuación las desviaciones entre los datos de las propiedades de equilibrio termodinámico publicados por Newhall y Starkman y los valores sin disociar calculados, se ajustaron mediante una función exponencial de T, p y FR. Para FR ≤ 1 , resulta un solo conjunto de ecuaciones. Para FR ≥ 1 , se desarrollaron varios conjuntos de ecuaciones, cada uno aplicado a un valor específico del dosado relativo (ver la referencia [8]). En general, el
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