Enunciado

Em um processo de combustão, 2 kmol de H 2 a 25 °C e 1 atm são queimados em regime permanente com 1 kmol de O 2 no mesmo estado. O H 2 O formado durante o processo é então levado até 25 °C e 1 atm, às mesmas condições da vizinhança. Considerando uma combustão completa, determine o trabalho reversível e a destruição de exergia desse processo.

Passo 1

Vamos assumir que:

A combustão é completa

Existem condições operacionais estáveis.

O ar e os gases de combustão são gases ideais.

Alterações nas energias cinética e potencial são negligenciáveis

A equação da combustão é

2 H 2 + 1 O 2 → 2 H 2 O

O H 2 ,   o   O 2   e   o   H 2 O estão a 25 ° C e 1 atm, que é o estado de referência padrão e também o estado do ambiente. Portanto, o trabalho reversível, neste caso, é simplesmente a diferença entre a função de Gibbs de formação dos reagentes e a dos produtos.

w r e v = ∑ N R g º _ f ,   R - ∑ N P g º _ f , P = N H 2 g º _ f ,   H 2 + N O 2 g º _ f ,   O 2 - N H 2 O g º _ f ,   H 2 O =   - N H 2 O g º _ f ,   H 2 O = 474360 k J

já que o g º f de elementos estáveis em 15 e 1 é zero. Portanto, 474360 kJ de trabalho poderiam ser feitos, pois 2 kmol de H 2 são queimados com 1 kmol de O 2 a 25 e 1 atm em um ambiente no mesmo estado. O trabalho reversível, neste caso, representa a exergia, pois o produto ( H 2 O ) está no estado do entorno, então a exergia de destruição é:

x d e s t r u i ç ã o   = 474360 k J

Podemos também achar o trabalho reversível:

W r e v = ∑ N R ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° - T 0 s ̄ ) R - ∑ N P ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° - T 0 s ̄ ) P

= ∑ N R ( h ̄ ° f - T 0 s ̄ ) R - ∑ N P ( h ̄ ° f - T 0 s ̄ ) P

= N H 2 ( h ̄ ° f - T 0 s ° ̄ ) H 2 + N O 2 ( h ̄ ° f - T 0 s ° ̄ ) O 2 - N H 2 O ( h ̄ ° f - T 0 s ° ̄ ) H 2 O

Substituindo:

w r e v = 474400 k J

quase idêntico ao resultado obtido anteriormente.

Resposta

x d e s t r u i ç ã o   = 474360 k J

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