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Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 69

O gás CO 25 ∘ C , 1 atm entra em um reator isolado operando com regime permanente e queima completamente com x % de ar teórico que entra a 25 ∘ C , 1 atm. determine a taxa de produção de entropia por kmol de co entrando.

Passo 1

ANÁLISE: A reação é descrita por

C O + 1 2 O 2 + 1.88 N 2 → C O 2 + 1.88 N 2

É necessário determinar a temperatura dos produtos de combustão. Assim, um equilíbrio da taxa de energia em estado estacionário reduz para dar

Com h - = h - f 0 + Δ h - ,  e notando que  h - f = 0  para  O 2  e  N 2

0 = h → f ∘ c o + ( 0 ) - - h - f 0 + h - T 3 - h - ( 29 8 ) C o 2 - - 1.88 h - T 3 - h - ( 298 ) N 2

Com dados da tabela dos gases ideais

h - c θ 2 T 3 + 1.88 h - μ 2 7 3 = - 110,530 - ( - 343,520 - 9364 ) + 1.88 ( 8669 )

= 308,652

Passo 2

Resolvendo para T 3 s , T 3 ≈ 2665 K .

Um equilíbrio da taxa de entropia em estado estacionário assume a forma

0 = ∑ Q T 2 n c o + s - C O 1 + 1 2 S - Q 2 + 1.88 s - N 2 2 - s - c O 2 + 1.88 s - N 2 3 + σ ˙ c v / n ˙ c 0

σ ˙ c v / n ˙ c 0 = 5 1 c 2 + 1.885 N 2 3 - 3 ¯ 100 1 - 1 2 S - 0 2 + 1.88 N ¯ 2 2

O O2 e o N2 no ar de combustão entram como uma mistura no pref =latm. Assim, com a Eq. 13,23 e dados de entropia absoluta da Tabela A-25

s - c o 2 = s ^ c o 2 ∘ ( 2665 ) - R - l n ⁡ Yco 2 ⁡ p r e t P r e t =   326.74 - 8.314 l n ⁡ 1 2.80 = 335.53 k J / k m o l ⋅ K

s - c o 2 = s ^ u 2 ∘ ( 2665 ) - R - l n ⁡ Yu 2 ⁡ p r e t P r e t =   262.42 - 8.318 l n ⁡ 1.88 288 = 265.97 k J / k m o l ⋅ K

Substituindo valores na eq 1

σ ˙ cr/rico  = 335.53 + 1.88 ( 265.47 ) - 197.54 - 1 2 ( 218.01 ) - 1.88 ( 193.46 ) = 165.3 k J k m ⁡ ( C 0 ) ⋅ k

Resposta

165.3 k J k m ⁡ ( C 0 ) ⋅ k

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