Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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REACCIONES QUÍMICAS
Entonces, la generación de entropía total durante este proceso está determinada
a partir de un balance de entropía aplicado a un sistema extendido que
incluye los alrededores inmediatos de la cámara de combustión
S ge n S prod S react Q sal
T alr
871 400 kJ >kmol
12 845.35 3 023.692 kJ >kmol
298 K
2 746 kJ/kmol # K CH4
c) La destrucción de exergía y el trabajo reversible asociado con este proceso
se determina de
y
X destruida T 0 S gen 1298 K 212 746 kJ >kmol # K 2
818 MJ/kmol CH 4
W re v X destruida 818 MJ/kmol CH 4
puesto que este proceso no involucra trabajo real. En consecuencia, 818 MJ
de trabajo podrían haberse realizado durante este proceso, pero no fue así. En
vez de ello, todo el potencial de trabajo se desperdició. El trabajo reversible
en este caso representa la energía de los reactivos antes de que comience
la reacción, porque los productos están en equilibrio con los alrededores, es
decir, están en el estado muerto.
Comentario Advierta que, por simplicidad, se calculó la entropía de los gases
producto antes de que entraran realmente a la atmósfera y se mezclaran con
los gases atmosféricos. Un análisis más completo consideraría la composición
de la atmósfera y la mezcla de los gases producto con los gases en la
atmósfera, formando una mezcla homogénea. Habrá generación de entropía
adicional durante este proceso de mezclado, y por ende también potencial de
trabajo desperdiciado adicional.
TEMA DE INTERÉS ESPECIAL*
Celdas de combustible
Combustibles como el metano se queman comúnmente para producir la energía
térmica a temperaturas altas que emplean las máquinas térmicas. Sin
embargo, una comparación de los trabajos reversibles obtenidos en los dos
últimos ejemplos revela que la energía de los reactivos (818 MJ/kmol de CH 4 )
disminuye en 288 MJ/kmol como un resultado tan sólo del proceso de combustión
adiabática irreversible. Es decir, la exergía de los gases de combustión
calientes al final del proceso de combustión adiabática es 818 – 288 530
MJ/kmol CH 4 . En otras palabras, el potencial de trabajo de los gases de combustión
calientes es aproximadamente 65 por ciento del potencial de trabajo
de los reactivos. Parece que cuando el metano se quema, 35 por ciento del
potencial de trabajo se pierde, aun antes de empezar a usar la energía térmica
(Fig. 15-35).
Así, la segunda ley de la termodinámica sugiere que debe existir una mejor
manera de convertir la energía química en trabajo. La mejor manera es, por
supuesto, la menos irreversible, es decir, el caso reversible. En reacciones quí-
* Esta sección puede omitirse sin pérdida de continuidad.