Analisis de Sistemas reactivos

Anlisis de Sistemas reactivos

Primera Ley de la Termodinmica

Establece que la variacin de la Energa interna de un sistema es igual a la suma de la energa transferida en forma de calor y la energa transferida en forma de trabajo

q = energa transferida en forma de calorw= energa transferida en forma de trabajo.

El calor que ingresa a un sistema y el trabajo realizado sobre el sistema, tendrn signo ( + ); mientras que el calor liberado por el sistema, o el trabajo realizado por el sistema sobre el entorno, tendr signo ( - ).IMPORTANTE:

el calor ( q ) y el trabajo ( w ) son cantidades algebraicas con signos asociados a ellas. no hay calor negativo, se asigna el signo (-) cuando el sistema libera calor al entrono.no hay w negativo, se le asigna el signo (-) cuando el sistema realiza trabajo hacia el entorno.Tanto el calor que se entrega a un sistema, como el trabajo que se efecta sobre el sistema, aumentan la Energa Interna.Clases de proceso TermodinmicoIsotrmicoTemperatura constante.PV = K

IsobricoPresin constanteV/ T = kIsocrico Volumen constante P/T = kAdiabticoNo hay transferencia de calor (q)q= 0ReversibleSe regresa mediante una condicin de equilibrio al estado inicial.Ejemplo: H2O(liquido,25C,1atm)H2O(vapor,100C,1atm)IrreversibleEl cambio ocurre y no se puede regresar al estado inicial. Ejemplo: una explosin.CclicoDespus de realizar una serie de cambios, el sistema regresa a su condicin inicial.ENTALPA DE UN COMPONENTE QUMICO A UN ESTADO ESPECIFICADO:Entalpa sensible en el estado especificadoCMARA DE COMBUSTINAIREECUACIN ESTEQUIOMETRICAa)La relacin aire-combustible para este proceso de combustin es:Tasa de transferencia neta de energa hacia el sistema por el calor, el trabajo y la masaTasa de transferencia neta de energa fuera del sistema por el calor, el trabajo y la masaTransferencia neta de energa hacia el sistema por mol de combustible mediante el calor, el trabajo y la masaTransferencia neta de energa fuera del sistema por mol de combustible mediante el calor, el trabajo y la masaEnerga hacia el sistema mediante la masa por mol de combustibleEnerga fuera del sistema mediante la masa por mol de combustibleDe este modo, 363,880 kJ de calor se transfieren desde la cmara de combustin por cada kmol (44 kg) de propano. Esto corresponde a 363,880/44= 8270 kJ de calor perdido por kilogramo de propano. As, la tasa de transferencia de calor para un flujo msico de 0.05 kg/min para el propano es:ANTES DE LA REACCINDESPUS DE LA REACCINa.)A una temperatura de 1800 R, el agua existe en la fase gaseosa. Supongamos que tanto los reactivos como los productos son gases ideales, y que la presin final en el recipiente es AIRECMARA DE COMBUSTINECUACIN ESTEQUIOMETRICAECUACIN con aire terico de 400 %ECUACIN con aire terico de 400 %Entropa en sistemas reactivos La entropa (simbolizada como S) es una magnitud fsica que, mediante clculo, permite determinar la parte de la energa que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una funcin de estado de carcter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se d de forma natural. La entropa describe lo irreversible de los sistemas termodinmicosEXERGA, DISPONIBILIDAD O ENERGA DISPONIBLEPotencial de trabajo til de una cantidad dada de energa en algn estado especificado.Exerga (potencial de trabajo) asociada con la energa cintica y potencialLa energa cintica es una forma de energa mecnica, por lo tanto puede convertirse completamente en trabajo. El potencial de trabajo o la exerga de la energa cintica de un sistema es igual a la propia energa cintica sin tener en cuenta la temperatura y la presin del ambiente.La propiedad exerga es el potencial de trabajo de un sistema en un ambiente especificado y representa la cantidad mxima de trabajo til que puede obtenerse cuando el sistema llega al equilibrio con el ambiente. Al contrario de la energa el valor de la exerga depende tanto del estado del ambiente como del estado del sistema, por lo tanto la exerga es una propiedad de combinacin. La exerga de un sistema que est en equilibrio con su ambiente es cero.Hasta ahora se han analizados procesos de combustin desde el punto de vista de la conservacin de la masa y la energa. Sin embargo, el anlisis termodinmico de lun proceso resulta incompleto sin el examen de los aspectos de la segunda ley. De particular inters la exerga y la destruccin de exerga, las cuales se relacionan con la entropa.Transferencia neta de entropa por calor y masaGeneracin de EntropaCambio de EntropaAlrededoresCMARA DE COMBUSTIN0 0 Si se sustituyen los valores de la entalpia de formacin y la entalpia absoluta se obtieneAIRECMARA DE COMBUSTINADIABTICAa) La ecuacin balanceada para el proceso de combustin completa con 50% de exceso de aire es: En condiciones de flujo estacionario, la temperatura de la flama adiabticaAl sustituir se tiene Lo que producePor ensayo y error, se encuentra que la temperatura de los productos b) Tomando en cuenta que la combustin es adiabtica, le generacin de entropa durante este proceso se obtiene a partir de:Los clculos de entropa pueden tabularse as:c) La destruccin de la energa asociada con este proceso se obtiene: AIRECMARA DE COMBUSTINParte del agua se condensa a 25C y la cantidad del vapor del agua que permanece en los productos se determina:Puesto que todos los reactivos y los componentes estn en el estado de referencia de 25C y la entalpia de los gases ideales depende solo de la temperatura