Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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REACCIONES QUÍMICAS
C
77 °F, 1 atm
O 2
77 °F, 1 atm
T 0 = 77 °F
P 0 = 1 atm
Cámara de
combustión
CO 2
77 °F, 1 atm
EJEMPLO 15-9 Trabajo reversible asociado a un proceso
de combustión
Una lbmol de carbono a 77 °F y 1 atm se quema de manera estacionaria con
1 lbmol de oxígeno en el mismo estado, como se indica en la figura 15-32. El
CO 2 formado durante el proceso se lleva después a 77 °F y 1 atm, esto es, las
condiciones de los alrededores. Suponiendo que la combustión es completa,
determine el trabajo reversible para este proceso.
FIGURA 15-32
Esquema para el ejemplo 15-9.
Solución El carbono se quema de manera estacionaria con oxígeno puro.
Determine el trabajo reversible asociado con este proceso.
Suposiciones 1 La combustión es completa. 2 Existen condiciones de flujo
estacionario durante la combustión. 3 El oxígeno y los gases de combustión
son gases ideales. 4 Los cambios en las energías cinética y potencial son
insignificantes.
Propiedades La función de formación de Gibbs a 77 °F y 1 atm es 0 para el
C y el O 2 , y 169 680 Btu/lbmol para el CO 2 . La entalpía de formación es 0
para el C y el O 2 y 169 300 Btu/lbmol para el CO 2 . La entropía absoluta es
de 1.36 Btu/lbmol · R para el C, 49.00 Btu/lbmol · R para el O 2 y 51.07 Btu/
lbmol · R para el CO 2 (tabla A-26E).
Análisis La ecuación de combustión es
El C, O 2 y CO 2 están a 77 °F y 1 atm, que es el estado de referencia estándar
y también el estado de los alrededores. En consecuencia, el trabajo reversible
en este caso es simplemente la diferencia entre la función de formación de
Gibbs de los reactivos y la correspondiente a los productos (Ec. 15-27):
W rev a N r g° f,r a N p g° f,p
0 0
N C g° f,C
¡0
N O2
g° f,O2
¡0
N CO2 g° f,CO2 N CO2 g° f,CO2
11 lbmol2 1169 680 Btu>lbmol2
169 680 Btu
C O 2 CO 2
puesto que la g – f° de elementos estables a 77 °F y 1 atm es cero. Por lo tanto,
169 680 Btu de trabajo podrían efectuarse cuando 1 lbmol de C se quema
con 1 lbmol de O 2 a 77 °F y 1 atm en un ambiente en el mismo estado. El
trabajo reversible en este caso representa la exergía de los reactivos porque el
producto (el CO 2 ) se encuentra en el estado de los alrededores.
Comentario También se podría determinar el trabajo reversible sin incluir la
función de Gibbs empleando la ecuación 15-24:
W rev N r h° f h h° T 0 s r N p h° f h h° T 0 s p
Si se sustituyen los valores de la entalpía de formación y de la entropía absoluta
se obtiene
W rev 11 lbmol C230 1537 R2 11.36 Btu>lbmol # R24
11 lbmol O 2 230 1537 R2 149.00 Btu>lbmol # R24
11 lbmol CO 2 23169 300 Btu>lbmol 1537 R2151.07 Btu>lbmol # R24
169 680 Btu
N r h° f T 0 s r N p h° f T 0 s p
N C h° f T 0 s° C N O2
h° f T 0 s° O2
N CO2 h° f T 0 s° CO2
el cual es idéntico al resultado obtenido antes.