Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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REACCIONES QUÍMICAS
b) Tomando en cuenta que la combustión es adiabática, la generación de
entropía durante este proceso se obtiene a partir de la ecuación 15-20:
S gen S prod S react N ps p N rs r
El CH 4 está a 25 °C y 1 atm, por lo que su entropía absoluta es s – CH 4
186.16
kJ/kmol K (tabla A-26). Los valores de entropía incluidos en las tablas de gas
ideal corresponden a una presión de 1 atm. Ambos gases, el aire y los gases
producto, están a una presión total de 1 atm, pero las entropías van a calcularse
a la presión parcial de las componentes, que es igual a P i y i P total , donde y i es
la fracción molar del componente i. De la ecuación 15-22:
S i N i s i T, P i N i s° i T, P 0 R u ln y i P m
Los cálculos de entropía pueden tabularse así:
N i y i s – i ° (T, 1 atm) R u ln y i P m N i s – ° i
CH 4 1 1.00 186.16 — 186.16
O 2 3 0.21 205.04 12.98 654.06
N 2 11.28 0.79 191.61 1.96 21183.47
S react 31023.69
CO 2 1 0.0654 302.517 22.674 325.19
H 2 O 2 0.1309 258.957 16.905 551.72
O 2 1 0.0654 264.471 22.674 287.15
N 2 11.28 0.7382 247.977 2.524 21825.65
S prod 31989.71
Por lo tanto,
S gen S prod S react 13 989.71 3 023.692 kJ>kmol # K CH 4
966.0 kJ/kmol # K
c) La destrucción de exergía asociada con este proceso se obtiene de la ecuación
15-23,
X destruida T 0 S gen 1298 K2 1966.0 kJ>kmol # K2
288 MJ/kmol CH 4
Esto es, 288 MJ de potencial de trabajo se desperdician durante este proceso
de combustión por cada kmol de metano quemado. Este ejemplo muestra que
incluso los procesos de combustión completa son altamente irreversibles.
Este proceso no involucra trabajo real. En consecuencia, el trabajo reversible
y la exergía destruida son idénticos:
W rev 288 MJ/kmol CH 4
CH 4
25 °C, 1 atm
Cámara de
25 °C,
combustión 1 atm
Aire
25 °C, 1 atm
FIGURA 15-34
T 0 = 25 °C
Esquema para el ejemplo 15-11.
CO 2
H 2 O
N 2
O 2
Es decir, 288 MJ de trabajo podrían ser hechos durante este proceso, pero
esto no se realiza. En vez de eso, se desperdicia todo el potencial de trabajo.
EJEMPLO 15-11 Análisis de combustión isotérmica
con base en la segunda ley
A una cámara de combustión de flujo estacionario entra gas metano (CH 4 )
a 25 °C y 1 atm y se quema con 50 por ciento de exceso de aire, el cual
también entra a 25 °C y 1 atm, como se ilustra en la figura 15-34. Después