Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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MEZCLA DE GASES
o
lo que produce
fm i dh i T m ds i v i dP m 0
dh i T m ds i v i dP m
(13-26)
Éste es un resultado importante porque la ecuación 13-26 es la primera en el
desarrollo de las relaciones y cartas generalizadas para la entalpía y la entropía.
Lo anterior sugiere que las relaciones y cartas generalizadas de propiedades para
gases reales que se desarrollaron en el capítulo 12, también pueden utilizarse
para los componentes de mezclas de gases reales. Pero la temperatura reducida
T R y la presión reducida P R para cada componente deben evaluarse mediante
la temperatura de la mezcla T m y la presión de la mezcla P m . Esto se debe a
que la ecuación 13-26 implica la presión de la mezcla P m , y no la presión del
componente P i .
El enfoque recién descrito es de algún modo parecido a la ley de Amagat
de los volúmenes aditivos (en tanto se evalúan las propiedades de la mezcla a
la presión y temperatura de la mezcla), que se cumple con exactitud para mezclas
de gases ideales y con aproximación para mezclas de gases reales. Por
lo tanto, las propiedades de mezcla determinadas con este enfoque no serán
exactas, aunque sí tendrán la suficiente precisión.
¿Qué pasa si se especifican el volumen y la temperatura de la mezcla en
lugar de su presión y temperatura? Bien, no hay por qué sentir pánico. Sólo
hay que evaluar la presión de la mezcla con la ley de Dalton de las presiones
aditivas, y después considerar este valor (que es sólo aproximado) como la
presión de la mezcla.
Otro modo de evaluar las propiedades de una mezcla de gases reales es
tratar la mezcla como una sustancia pseudopura que tiene propiedades pseudocríticas,
determinadas en términos de las propiedades críticas de los gases
componentes mediante la regla de Kay. El planteamiento es bastante simple y
la precisión suele ser aceptable.
T 1 = 220 K
P 1 = 10 MPa
Aire
79% N 2
21% O 2
Calor
FIGURA 13-17
Esquema para el ejemplo 13-5.
T 2 = 160 K
P 2 = 10 MPa
EJEMPLO 13-5 Enfriamiento de una mezcla
de gases no ideales
El aire es una mezcla de N 2 , O 2 y pequeñas cantidades de otros gases y su proporción
puede acercarse a un 79 por ciento de N 2 y 21 por ciento de O 2 en una
base molar. Durante un proceso de flujo estacionario, el aire se enfría de 220 a
160 K a una presión constante de 10 MPa (Fig. 13-17). Determine la transferencia
de calor durante este proceso por kmol de aire, utilizando a) la aproximación
de gas ideal, b) la regla de Kay y c) la ley de Amagat.
Solución El aire a temperatura baja y presión alta es enfriado a presión
constante. Se va a determinar la transferencia de calor utilizando tres métodos
distintos.
Suposiciones 1 Es un proceso de flujo estacionario dado que no existe cambio
en función del tiempo en cualquier punto y, por lo tanto, m CV 0 y E CV 0.
2 Los cambios en las energías cinética y potencial son insignificantes.
Análisis Se considera como sistema la sección de enfriamiento. Esto es un
volumen de control puesto que la masa cruza las fronteras del sistema durante
el proceso. Observe que el calor se transfiere fuera del sistema.
Las propiedades críticas son T cr 126.2 K y P cr 3.39 MPa para el N 2
y T cr 154.8 K y P cr 5.08 MPa para el O 2 . Ambos gases se encuentran
arriba de sus temperaturas críticas, aunque los dos tienen valores de presión