Determine a análise da mistura em termos de frações de massa e frações molares, a transferência de calor necessária para aumentar a temperatura da mistura de 70 para 150⋅F e a mudança na entropia da mistura para este processo.

Passo 1

CONHECIDO: Uma mistura de gás de 21b de N2 e 3 ib de He é mantida em uma mensagem constante.

Passo 2

PREMISSAS: (1) Para o sistema mostrado na figura a seguir, as mudanças na energia cinética e potencial são insignificantes. (2) A mistura geral atua como um gás ideal. Cada componente da mistura se comporta como se fosse um gás ideal ocupando todo o volume na temperatura da mistura. (3) Os calores específicos dos gases são constantes.

ANÁLISE: (a) A análise da mistura em termos de frações de massa é

m f N 2 = 2 z + 3 = 0.40 , ( m f ) H e = 3 2 + 3 = 0.6

Passo 3

A análise molar da mistura é determinada com n i = m i / M i

n N 2 = 2 28.01 = 0.0714 l b m o l y N 2 = 0.0714 0.0114 + 0.7494 = 0.0870

n H e = 3 4.003 = 0.7494 l b m o l y H e = 0.7494 0.0714 + 0.7484 = 0.9130

Passo 4

Com a suposição 1, um redutor de balanço de energia para Δ τ = Q - W em que w = ∫ p d V = p Δ v . Então,

Q = Δ τ + p Δ V = v 2 - v 1 + P V 2 - v 1 = v 2 + p v 2 - v 1 + p V i = Δ H

A mudança na entalpia da mistura é a soma das mudanças de entalpia dos componentes:

Δ H = m N 2 Δ h N 2 + m μ e Δ h u e

Com conhecido 3 , Δ h N 2 = C P , N 2 T 1 - T 1 e Δ h H 2 = C P , Ue T 1 - T 1 . Assim, com C P fornecidos para N 2

Q = m n 2 c B , N 2 + m N e c B , H e T 1 - T 1 = [ ( 216 ) 0.248 m 10 ∘ + (   316 ) 1.240 34 10 ∘ ] 80 ∘ R

= 337.3 B t u

Passo 5

A pressão senoidal permanece constante, a mudança de entropia para a mistura é

Δ S = m c p l n ⁡ T 2 π 1 - R l n ⁡ β P 1 0 = m c p l n ⁡ T 2 / T 1

Em que c p = m n c 2 c 1 w 2 + m 4 e c p 1 u e / m = [ ( 2 ) ( . 248 ) + ( 3 ) ( 1.240 ) ] / 5 = 0.8432 B t u / 16 ∘ R

Então Δ S = ( 516 ) 0.8432 B h 16 ⋅ 0 / 2 l n ⁡ 610 530 = 0.593 B t u ° R

Resposta

0.593 B t u ° R

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