Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 16
EJEMPLO 16-11 Composición de las diferentes fases de una mezcla
En sistemas de refrigeración por absorción, a menudo se utiliza una mezcla de
dos fases en equilibrio de amoniaco líquido (NH 3 ) y agua (H 2 O). Considere una
de tales mezclas a 40 °C, la cual se muestra en la figura 16-27. Si la composición
de la fase líquida es de 70 por ciento de NH 3 y 30 por ciento de H 2 O en
números molares, determine la composición de la fase de vapor de esta mezcla.
Solución Se considera una mezcla de dos fases de dos componentes, amoniaco
y agua, a una temperatura especificada. Se proporciona la composición
de la fase líquida y se determinará la composición de la fase de vapor.
Suposición La mezcla es ideal y, por lo tanto, se puede aplicar la ley de
Raoult.
Propiedades Las presiones de saturación del H 2 O y del NH 3 a 40 °C son
P 7.3851 kPa y P H2O,sat NH3, sat 1 554.33 kPa.
Análisis Las presiones del vapor se determinan a partir de
P H 2 O,lado gaseoso y H 2 O,lado líquido P H 2 O,sa t 1T 2 0.30 17.3851 kP a 2 2.22 kP a
P NH 3 ,lado gaseoso y NH 3 ,lado líquido P NH 3 ,sat 1T 2 0.70 11 554.33 kPa 2 1 088.03 kPa
Líquido
Vapor H 2 O + NH 3
40 °C
y g,H2 O = ?
y g,NH3 = ?
y f,H2 O = 0.30
y f,NH3 = 0.70
FIGURA 16-27
Esquema para el ejemplo 16-11.
La presión total de la mezcla es
P tota l P H 2 O P NH 3
2.22 1 088.03 1 090.25 kPa
Entonces, las fracciones molares en la fase gaseosa son
y H 2 O,lado gaseoso P H 2 O,lado gaseoso
P total
y NH 3 ,lado gaseoso P NH 3 ,lado gaseoso
P total
Comentario Note que la fase gaseosa consiste casi en su totalidad de amoniaco,
lo cual hace a esta mezcla muy apropiada para su uso en refrigeración
por absorción.
2.22 kPa
1 090.25 kPa 0.0020
1 088.03 kPa
1 090.25 kPa 0.9980
RESUMEN
Se dice que un sistema aislado está en equilibrio químico si no
se presentan cambios en la composición química del mismo. El
criterio del equilibrio químico se basa en la segunda ley de la
termodinámica y, para un sistema a una presión y temperatura
especificadas, puede expresarse como
Para la reacción
1dG2 T, P 0
n A A n B B Δ n C C n D D
donde las v son los coeficientes estequiométricos, el criterio
de equilibrio puede expresarse en términos de las funciones
de Gibbs como
n C g C n D g D n A g A n B g B 0
lo cual es válido para cualquier reacción química sin importar
las fases involucradas en la misma.
Para los sistemas reactivos que consisten de gases ideales solamente,
la constante de equilibrio K P puede expresarse como
donde el cambio de la función de Gibbs en estado estándar
ΔG*(T) y la constante de equilibrio K P están definidas como
y
K P
e ¢G*1T 2>R uT
¢G* 1T2 n C g* C
1T2 n D g* D
1T2 n A g* A
1T2 n B g* B
1T2
P n C
C P n D
D
K P
P n A
A P n B
B
En esta fórmula, las P i son las presiones parciales de los componentes,
en atm. Las K P de las mezclas de gases ideales pueden
también expresarse en términos de los números molares
de los componentes, como
K P
N n C
C N n D
D
N n A
A N n B
B
a
P b
N total
¢n