Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 13
puesto que P m,2 P i,1 200 kPa. Es obvio que el cambio de entropía es independiente
de la composición de la mezcla en este caso y que depende sólo de
la fracción molar de los gases en la mezcla. Lo que no es tan obvio es que si el
mismo gas en las dos cámaras diferentes se mezcla a temperatura y presión
constantes, el cambio de entropía es cero.
Al sustituir los valores conocidos, el cambio en la entropía es
N m N O2
N CO2 3 5 kmol 8 kmol
y O2
y CO2
N O2
N m
N CO2
N m
3 kmol
8 kmol
5 kmol
8 kmol
0.375
0.625
S m R u N O2
ln y O2
N CO2 ln y CO2
8.314 kJkmol K3 kmolln 0.375 5 kmol ln 0.625
44.0 kJ/K
La destrucción de exergía asociada con este proceso de mezcla se determina
así
X destruido T 0 S gen T 0 ¢ S sistema
1298 K 2 144.0 kJ >K 2
13.1 MJ
Comentario Este resultado muestra que los procesos de mezcla son altamente
irreversibles.
Mezclas de gases reales
Cuando los componentes de una mezcla de gases no se comportan como
gases ideales, el análisis se vuelve más complejo porque las propiedades de
los gases reales (no ideales) como u, h, c v y c p dependen de la presión (o
volumen específico), así como de la temperatura. En tales casos, los efectos
de la desviación con respecto al comportamiento de gas ideal en las propiedades
de la mezcla deben tomarse en cuenta.
Considere dos gases no ideales contenidos en dos compartimientos independientes
de un recipiente rígido adiabático a 100 kPa y 25 °C. Se elimina el
separador y se deja que ambos gases se mezclen. ¿Cuál será la presión final
en el recipiente? Es probable que usted esté tentado a decir que será de 100
kPa, lo cual sería cierto para gases ideales. Sin embargo, esto es falso para
gases no ideales debido a la influencia entre sí de las moléculas de los gases
diferentes (desviación de la ley de Dalton, figura 13-16).
Cuando se trata de mezclas de gases reales, tal vez sea necesario considerar
el efecto del comportamiento no ideal en las propiedades de la mezcla tales
como la entalpía y la entropía. Una manera de hacerlo es usar factores de
compresibilidad en conjunción con las ecuaciones y cartas generalizadas que
se desarrollaron en el capítulo 12 para gases reales.
Considere la siguiente relación T ds para una mezcla de gases:
Gas real
A
25 °C
0.4 m 3
100 kPa
Mezcla de
gases reales
A + B
25 °C
1 m 3
102 kPa ?
Gas real
B
25 °C
0.6 m 3
100 kPa
FIGURA 13-16
Es difícil predecir el comportamiento
de mezclas de gases no ideales debido
a la influencia que ejercen entre sí las
moléculas gaseosas diferentes.
Esto también puede expresarse como
dh m T m ds m v m dP m
d fm i h i T m d fm i s i fm i v i dP m