Enunciado

O gás etileno ( C 2 H 4 ) entra em uma câmara de combustão adiabática a 25 °C e 1 atm e é queimado com 20% de excesso de ar, que entra na câmara a 25 °C e 1 atm. A combustão é completa, e os produtos saem da câmara de combustão à pressão de 1 atm. Considerando T 0 = 25 º C , determine:

  1. a temperatura dos produtos
  2. a geração de entropia
  3. a destruição de exergia.

Passo 1

Vamos lá:

A equação de combustão, considerando 1 kmol de C 2 H 4 , é:

C 2 H 4 ( g ) + 1.2 a t h ( O 2 + 3.76 N 2 ) → 2 C O 2 + 2 H 2 O + 0.2 a t h O 2 + ( 1.2 ) ( 3.76 ) a t h N 2

onde a t h é o coeficiente estequiométrico e é determinado a partir do balanço de O 2 ,

1.2 a t h = 2 + 1 + 0.2 a t h → a t h = 3

então

C 2 H 4 ( g ) + 3.6 ( O 2 + 3 . N 2 ) → 2 C O 2 + 2 H 2 O + 0.6 O 2 + 13.54 N 2

sob condições de fluxo constante, a temperatura de saída dos gases do produto pode ser determinada a partir da equação da energia de fluxo constante, que reduz a:

∑ N P ( h º _ f + h _ - h º _ ) P = ∑ N R h º _ f , R = ( N h º f _ ) C 2 H 4

uma vez que todos os reagentes estão no estado de referência padrão e para O 2   e   N 2 . Das tabelas:

Substituindo:

2 h _ C O 2 + 2 h _ H 2 O + 0.6 h _ O 2 + 13.54 h _ N 2 = 1484083 k J

Por tentativa e erro:

T P = 2269.6 K

Passo 2

Na letra b, a geração de entropia durante esse processo adiabático é determinada a partir de

S g e n = S P - S R = ∑ N P s _ P - ∑ N R s _ R

O C 2 H 4 está a 25 ° C e 1 atm e, portanto, sua entropia absoluta é 219,83 kJ / kmol · K (Tabela A-26). Os valores de entropia listados nas tabelas de gás ideais são para pressão de 1 atm. Tanto os gases do produto como a pressão total de 1 atm, mas as entropias devem ser calculadas à pressão parcial dos componentes que é igual a P i = y i P t o t a l , onde y i é a fração molar do componente i. Além disso,

S i = N i s _ i ( T , P i ) = N i ( s º _ i ( T ,   P 0 ) - R u l n ( y i P m ) )

Os cálculos de entropia podem ser apresentados em forma de tabela como:

Então,

S g e n = S P - S R = 1311.28 k J / k m o l K

Passo 3

E na letra c:

x d e s t r u i ç ã o   = T 0 S g e n = 390760 k J   p o r   k m o l   C 2 H 4

Resposta

  1. T P = 2269.6 K
  2. S g e n = 1311.28 k J / k m o l K
  3. x d e s t r u i ç ã o   = 390760 k J   p o r   k m o l   C 2 H 4
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