Estoy construyendo un motor de cohete y necesito saber la temperatura de los gases dentro de la cámara de combustión (es decir, la temperatura de estancamiento).
La presión de la cámara de combustión es de 5 atmósferas. El motor funciona con etanol y oxígeno puro (presión de entrada: 10 atm; se nivela a 5 atm una vez en la cámara) mezclados en una relación estequiométrica perfecta.
Por ahora, será suficiente conocer la temperatura adiabática de la llama del etanol en estas condiciones, es decir, no necesito tener en cuenta los efectos de disociación o las propiedades de disipación de calor de las paredes metálicas de la cámara de combustión.
Mi investigación ha demostrado que uno tiene que hacer lo siguiente para calcular la temperatura de llama adiabática:
Establezca una ecuación con la suma de las entalpías de todos los reactivos en un lado y la suma de las entalpías de los productos en el otro.
La entalpía es una función de la temperatura. Por lo tanto, para encontrar la entalpía de los productos, habrá que experimentar con diferentes valores de temperatura hasta igualar la ecuación.
El valor de la temperatura que satisface la ecuación es la temperatura de llama adiabática.
Usé este sitio principalmente como referencia: http://braeunig.us/space/thermo.htm
Sin embargo, el problema es que la entalpía es en realidad una función no solo de la temperatura, sino también de la presión. Sin embargo, el sitio mencionado anteriormente asume que la presión de los productos es de 1 atm, es decir, 0,1 MPa (también conocida como presión de referencia). En otras palabras, sus cálculos no se aplican a mi caso, ya que mi combustión se produce en un entorno de presión mucho más alta.
¿Cómo se calcula la entalpía de una sustancia a una presión y temperatura determinadas? Alternativamente, ¿dónde puedo encontrar tablas que documenten estos datos si los cálculos no son posibles? Todavía soy demasiado joven para tener una formación avanzada en termodinámica, así que tómalo con calma. Agradezco cualquier ayuda. ¡Gracias!
Para una mezcla de gases, el efecto de la presión sobre la entalpía se describe mediante la ecuación
Para un gas puro, la integral en la ecuación anterior se evalúa automáticamente y se expresa en un gráfico de estados correspondientes generalizados de la entalpía residual en función de la temperatura y la presión reducidas de las especies: Smith y Van Ness (Introducción a la ingeniería química Termodinámica). Esta gráfica también se puede usar para mezclas si se emplea una regla de mezcla adecuada (aproximada).
Una de esas reglas de mezcla es la regla de Kaye, que comienza calculando una temperatura crítica promedio molar y una presión crítica para la mezcla. En base a esto, la mezcla se puede tratar como una especie pura que tiene la misma temperatura y presión críticas, y se puede usar la gráfica generalizada para esto.
Otro enfoque de la regla de mezcla es usar la llamada regla de volumen aditivo, que es equivalente a la regla de la libra esterlina. Aquí, la gráfica generalizada se usa para cada especie individual en la mezcla, con la entalpía residual evaluada como si fuera una especie pura a la misma temperatura y presión total que la mezcla; en este caso, el valor de la entalpía residual de las especies individuales también se considera igual a la entalpía molar parcial de las especies en la mezcla. Entonces, la entalpía residual de la mezcla es igual al promedio molar de las entalpías residuales de los componentes individuales.
Chet Miller