Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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MEZCLA DE GASES
masa solamente, así que la generación de entropía durante un proceso de mezclado
adiabático que forma una solución ideal se convierte en
S ge n S sal S ent ¢ S de mezclado R u a
i
N i ln y i 1solución ideal 2
(13-51a)
o
s ge n s sal s ent ¢ s de mezclado R u a y i ln y i 1mezcla de un mol 2
i
(13-51b)
Además, al notar que X destruida T 0 S gen , la exergía destruida durante este proceso
(y durante cualquier otro) se obtiene al multiplicar la generación de
entropía por la temperatura del ambiente T 0 . Esto produce
o
X destruida T 0 S gen R u T 0 a N i ln y i 1solución ideal 2
i
x destruida T
0 s ge n R u T 0 a y i ln y i 1mezcla de un mol 2
i
(13-52a)
(13-52b)
A
B
Cámara de
mezclado
T 0
W rev X destrucción T 0 S gen
A + B
mezcla
FIGURA 13-21
Para un proceso que ocurre naturalmente,
durante el cual no se produce ni
se consume trabajo, el trabajo reversible
es igual a la destrucción de exergía.
La exergía destruida representa el potencial de trabajo desperdiciado: el trabajo
que sería producido si el proceso de mezclado ocurriese de manera
reversible. Para un proceso reversible o “termodinámicamente perfecto”, la
generación de entropía y, por ende, la exergía destruida es cero. Además,
para procesos reversibles, la salida de trabajo es un máximo (o la entrada de
trabajo es un mínimo si el proceso no ocurre de manera natural y requiere
entrada). La diferencia entre el trabajo reversible y el verdadero trabajo útil
se debe a irreversibilidades, y es igual a la destrucción de exergía. En consecuencia,
X destruida W rev W verdadero . Entonces se sigue que para un proceso
que ocurre de manera natural, durante el cual no se produce trabajo, el trabajo
reversible es igual a la destrucción de exergía (Fig. 13-21). Por lo tanto,
para el proceso de mezclado adiabático que forma una solución ideal, el trabajo
reversible (total y por unidad molar de mezcla) es, de acuerdo con la
ecuación 13-52,
W re v R u T 0 a N i ln y i y w
re v R u T 0 a y i ln y i
i i
(13-53)
Un proceso reversible, por definición, es aquel que puede ser revertido sin dejar
un efecto neto en los entornos. Esto requiere que la dirección de todas las interacciones
sea revertida mientras sus magnitudes permanecen iguales cuando el
proceso es revertido. En consecuencia, la entrada de trabajo durante un proceso
de separación reversible debe ser igual a la salida de trabajo durante el proceso
revertido de mezclado. Una violación de este principio sería una violación
de la segunda ley de la termodinámica. La entrada de trabajo requerido para un
proceso de separación reversible es la entrada de trabajo mínimo requerido para
lograr dicha separación, ya que la entrada de trabajo para los procesos reversibles
siempre es menor que la entrada de trabajo de los correspondientes procesos
irreversibles. Entonces, la entrada de trabajo mínimo requerido para el
proceso de separación se expresa como
W mín,ent R u T 0 ai
N i ln y i y w mín,ent R u T 0 ai
y i ln y i
(13-54)