Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 15
Si una mezcla de gas está a una presión relativamente alta o a baja temperatura,
la desviación del comportamiento de gas ideal debe tomarse en cuenta
incorporando ecuaciones de estado más exactas o las cartas generalizadas de
entropía.
15-7 ANÁLISIS DE SISTEMAS REACTIVOS
CON BASE EN LA SEGUNDA LEY
Una vez que se evalúa el cambio de entropía total o la generación de entropía,
la exergía destruida X destruida asociada con una reacción química puede determinarse
de:
X destruida T 0 S gen 1kJ2
(15-23)
donde T 0 es la temperatura absoluta de los alrededores.
Cuando se analizan sistemas reactivos se tiene más interés por los cambios
en la exergía de los sistemas reactivos que en los valores de exergía en varios
estados (Fig. 15-30). Recuerde del capítulo 8 que el trabajo reversible W rev
representa el trabajo máximo que puede efectuarse durante un proceso. En
ausencia de cualquier cambio en las energías cinética y potencial, la relación
del trabajo reversible para un proceso de combustión de flujo estacionario que
incluye transferencia de calor únicamente con los alrededores a T 0 puede obtenerse
reemplazando los términos de entalpía por h – ° f h – h – °, lo que produce
W rev N r h° f h h° T 0 s r N p h° f h h° T 0 s p
(15-24)
Exergía
Reactivos
Trabajo
reversible
Productos
T, P Estado
FIGURA 15-30
La diferencia entre la exergía de los
reactivos y de los productos durante
una reacción química es el trabajo
reversible asociado con esa reacción.
Una situación interesante surge cuando tanto los reactivos como los productos
están a la temperatura de los alrededores T 0 . En este caso, h – T 0 s –
(h – T 0 s – ) T0
g – 0 , que es, por definición, la función de Gibbs por unidad de
mol de una sustancia a temperatura T 0 . La relación del W rev en este caso se
escribe como
o
W rev N rg 0,r N pg 0,p
(15-25)
T 0 = 25 °C
W rev N r g° f g T0
g° r N p g° f g T0
g° p
(15-26)
donde g – ° f es la función de Gibbs de formación (g – ° f 0 para elementos estables
como N 2 y O 2 en el estado de referencia estándar de 25 °C y 1 atm, justo
como la entalpía de formación) y g – T 0
g – ° representa el valor de la función de
Gibbs sensible de una sustancia a temperatura T 0 relativa al estado de referencia
estándar.
En el caso muy especial en el que T react T prod T 0 25 °C (por ejemplo,
los reactivos, los productos y los alrededores están a 25 °C) y la presión
parcial P i 1 atm para cada componente de los reactivos y los productos, la
ecuación 15-26 se reduce a
W rev N rg° f,r n pg° f,p kJ
(15-27)
Se puede concluir, de acuerdo con la ecuación anterior, que el valor de –g – ° f
(el negativo de la función de formación de Gibbs a 25 °C y 1 atm) de un
compuesto representa el trabajo reversible asociado con la formación de ese compuesto
a partir de sus elementos estables a 25 °C y 1 atm en un ambiente a 25
°C y 1 atm (Fig. 15-31). Los valores de g – ° f de varias sustancias se incluyen en
la tabla A-26.
Elementos
estables
25 °C,
1 atm
C + O 2 → CO 2
25 °C,
1 atm
Compuesto
25 °C,
1 atm
W rev = – g
– f ° , CO2 = 394 360 kJ/kmol
FIGURA 15-31
El negativo de la función de formación
de Gibbs de un compuesto a 25 °C y
1 atm, representa el trabajo reversible
asociado con la formación de ese
compuesto a partir de sus elementos
estables a 25 °C y 1 atm en un
ambiente que está a 25 °C, 1 atm.