Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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MEZCLA DE GASES
b) El cambio en la entropía de la mezcla de gases y la destrucción de exergía
en la turbina son
s 2 s 1 c p ln T 2
T 1
R ln P 2
P 1
2.209 kJkg K ln
298.5 K
600 K
0.7836 kJkg
100 kPa
K ln 0.2658 kJkg K
1 000 kPa
x dest T 0 s gen T 0 s 2 s 1 298 K0.2658 kJkg K 79.2 kJkg
La exergía gastada es la suma de la producción de trabajo de la turbina (exergía
recuperada) y la destrucción de exergía (exergía desperdiciada),
x gastada x recuperada x dest w sal x dest 666.0 79.2 745.2 kJkg
La eficiencia de la segunda ley es la relación de la exergía recuperada a la
gastada,
x recuperada w sal
666.0 kJkg
II
0.894 u 89.4 por ciento
745.2 kJkg
x gastada
x gastada
Comentario La eficiencia de la segunda ley es una medida de la perfección
termodinámica. Un proceso que no genera entropía y por lo tanto no destruye
exergía tiene siempre una eficiencia de la segunda ley de 100 por ciento.
EJEMPLO 13-4 Destrucción de exergía durante el mezclado
de gases ideales
O 2
25 °C
200 kPa
CO 2
25 °C
200 kPa
FIGURA 13-15
Esquema para el ejemplo 13-4.
Un recipiente rígido aislado se divide en dos compartimientos mediante un
separador, como se observa en la figura 13-15. Un compartimiento contiene 3
kmol de O 2 y el otro compartimiento contiene 5 kmol de CO 2 . Al inicio ambos
gases están a 25 °C y 200 kPa. Después se quita el separador y se deja que
los dos gases se mezclen. Suponga que los alrededores están a 25 °C y que ambos
gases se comportan como gases ideales, y determine el cambio de entropía
y la destrucción de exergía asociados con este proceso.
Solución Un recipiente rígido contiene dos gases separados por una división.
Se desea determinar el cambio de entropía y la destrucción de exergía después
de que se ha quitado la división.
Suposición Ambos gases y su mezcla son gases ideales.
Análisis Se considera todo el contenido del recipiente (ambos compartimientos)
como el sistema. Éste es un sistema cerrado puesto que la masa no cruza
las fronteras durante el proceso. Observe que el volumen del recipiente rígido
es constante y que no existe transferencia de energía en forma de calor o trabajo.
Asimismo, ambos gases se encuentran inicialmente a la misma temperatura
y presión.
Cuando dos gases ideales inicialmente a la misma temperatura y presión se
mezclan al quitar una división entre ellos, la mezcla queda a la misma temperatura
y presión. (¿Puede demostrarse esto? ¿Será esto cierto para gases no
ideales?) Por consiguiente, la temperatura y la presión en el recipiente seguirán
siendo 25 °C y 200 kPa, respectivamente, luego de la mezcla. El cambio
de entropía de cada componente de gas se determinará por las ecuaciones
13-18 y 13-25:
S m S i N i s i N i c p,i ln T 0
i,2
R
T u ln P i,2
i,1 P i,1
R u N i ln y i,2P m,2
P i,1
R u N i ln y i,2