Enunciado

Uma amostra de 5 ⋅ 10 - 3   k g de água liquido H 2 O junto a 20 % de ar em excesso, inicialmente a 25 ∘ C e 1 atm, reage completamente cm um vaso de pressão rígido e isolacio. Determine o máximo de potência que a célula pode desenvolver para um recurso específico e para acompanhar a transferência

Passo 1

O alcance total da célula é H 2 + 1 2 O 2 → H 2 O no estado estacionário, um equilíbrio da taxa de energia se reduz à forma

0 = Q ˙ c v h H 2 - W ˙ c ν n ˙ H 2 + h - H 2 1 + 1 2 h - O 2 2 - h - H 2 O ( e ) 3 (1)

Passo 2

No estado estacionário, um equilíbrio da taxa de entoopia assume a forma

O = + H - 2 1 + 1 2 S - α 2 2 -   S H 2 0 ( g ) - 3 + σ ˙ c v n ˙ H 2 (2)

onde σ ˙ c v é responsável pela produção de entropia dentro da célula.

Equações de combinação (1) e (2)

w ˙ c v n ˙ H 2 = h - H 2 + 1 2 h - O 2 - h - H 2 O ( 2 ) 25 0 , h + m -   T s J H 2 + 1 Σ δ - O 2 - S - H 2 O ( l )   2 5   ° ,   1   a t m - T 3 σ c v n ˙ 1

w ˙ c v n ˙ H 2 = h - H 2 + 1 2 h - O 2 - h - H 2 O ( 2 ) 25 0 , h + m - T s J H 2 + 1 Σ δ - O 2 - S - H 2 O ( l )   2 5   ° ,   1   a t m - T 3

Isso pode ser avaliado usando entalpia de dados de formação juntamente com dados de entropia absoluta. A iternahvecy uma vez que T 5 = 25 ∘ C and g ‾ = h ‾ - T   s , ϵ 4 ⋅ ( 3 ) pode ser expresso como

w ˙ c v n ˙ H 2   M A X = g - H 2 + 1 2 g - 0 - ∂ - H 2 ( l ) 2 5   ° ,   1   a t m

Então com g f dados da tabela A 25

w ˙ c v n ˙ H 2   M A X =     0 + 1 2 ( 0 ) - ( - 237,180 )

= 237,180 k J / k m o l H 2

Passo 3

Com a taxa de combustível especificada

W ˙ c v M A X = 237,180 k J kmol ⁡ H 2 2 × 10 - 4 k m o l H 2 5 1 k ω 1 k J / s

= 47.44 k W

Retornando para eq (1)

Q ˙ C V M I N = W ˙ c v m A x + n ˙ H 2 h - H 2 o 3 - h - H 2 1 - 1 2 h - o 2 2

= 47.44 k W + 2 × 10 - 4 k m o l s H 2 - 285,830 k J k m a l 1 k W ∣ k J / s

= - 9.73 k W

Resposta

= - 9.73 k W

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