Problema nº 6 de calor sensible, combustión y rendimiento - TP11
Enunciado del ejercicio nº 6
Suponiendo que es utilizable el 50 % del calor, ¿cuántos kilogramos de agua a 15 °C podrán calentarse hasta 95 °C quemando 200 litros de metano medidos en CNPT? El calor de combustión del metano es 213 kcal/mol.
Desarrollo
Datos:
Vₘ = 200 l
ΔHₘ = 213 kcal/mol
t₁ = 15 °C
t₂ = 95 °C
η = 0,5
Vmol = 22,4 dm³ en CNPT
cₑ = 1 kcal/kg·°C (calor específico del agua)
Fórmulas:
Q = m·cₑ·(t₂ - t₁)
Solución
Convertimos las unidades:
| Vₘ = 200 l· | 1 dm³ |
| 1 l |
Vₘ = 200 dm³
En CNPT 22,4 dm³ de metano (1 mol) libera 213 kcal/mol, por tanto, el calor teórico es:
| 22,4 dm³ | ⟶ | 213 kcal |
| 200 dm³ | ⟶ | Qₜ |
| Qₜ = | 200 dm³·213 kcal |
| 22,4 dm³ |
Qₜ = 1.901,785714 kcal
El rendimiento es del 50 % (η = 0,5), entonces, el calor real es:
Qᵣ = η·Qₜ
Qᵣ = 0,5·1.901,785714 kcal
Qᵣ = 950,8928571 kcal
Aplicamos la ecuación de cantidad de calor para el agua con el calor real del metano:
Qᵣ = m·cₑ·(t₂ - t₁)
Despejamos m:
| m = | Qᵣ |
| cₑ·(t₂ - t₁) |
Reemplazamos por los valores y calculamos:
| m = | 950,8928571 kcal |
| 1 kcal/kg·°C·(95 °C - 15 °C) |
| m = | 950,8928571 kg |
| 1·°C·80 °C |
m = 11,88616071 kg
Respuesta, la masa de agua que se puede calentar es:
m = 11,9 kg
Resolvió: Ricardo Santiago Netto. Argentina
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Ejemplo, cómo calcular la cantidad de calor de combustión y rendimiento