CÁLCULO DE PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DE EXCESSO RELACIONADAS A ENERGIA LIVRE DE GIBBS, ENTALPIA E ENTROPIA ASSOCIADAS A UM CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO AMÔNIA/ÁGUA José Luz SILVEIRA, Diovana Aparecida dos Santos NAPOLEÃO Departamento de Energia Faculdade de Engenharia, Campus de Guaratinguetá UNESP - Universidade Estadual Paulista R. Ariberto Pereira da Cunha, 333 - CEP 12500-000 - Guaratinguetá - SP - Brasil Tel.: (012) 525 2800 Fax.: (012) 525 2466 e-mail: joseluz@feg.unesp.br
RESUMO
O conhecimento da termodinâmica de misturas, bem como a utilização do diagrama EntalpiaConcentração são fundamentais para compreender o funcionamento dos sistemas de refrigeração por absorção. Para projetos industriais que envolvam análises exergéticas e energéticas, simulação e otimização dos processos relacionados a refrigeração por absorção, torna-se importante a determinação do valor exato das propriedades termodinâmicas destas misturas, normalmente presente em cada componente do sistema de refrigeração. Este trabalho visa determinar as propriedades termodinâmicas de excesso relacionadas `a energia livre de Gibbs, entalpia e entropia, associadas a um sistema de refrigeração por absorção empregando misturas de amônia e água. Estudos preliminares baseam-se no diagrama de Entalpia – concentração, para soluções aquosas de amônia, onde se obteve a entalpia na fase líquido-vapor correspondente a uma faixa de temperatura de -40ºC a 80ºC e de pressão entre 1atm e 20 atm. Com base nos dados obtidos utiliza-se um programa de regressão linear para a determinação dos valores de entalpia nas faixas correspondentes. Palavras-chave: Refrigeração por absorção, propriedades termodinâmicas, mistura amônia e água, diagrama entalpia versus concentração.
NOMENCLATURA
Vi Vj HE HMIST. REAL HMIST. IDEAL xi xj hi hj SE SMIST. REAL SMIST. IDEAL
Volume do componente 1 (Amônia) Volume do componente 2 (Água) Entalpia de excesso Entalpia de mistura real Entalpia de mistura ideal Fração molar da amônia na fase líquida Fração molar da água na fase líquida Entalpia da amônia na fase líquida Entalpia da água na fase líquida Entropia de excesso Entropia de mistura real Entropia de mistura ideal
INTRODUÇÃO
O conhecimento preciso das propriedades termodinâmicas em excesso para misturas é essencial para o projeto de equipamentos de produção química, tais como destilação, extração ou torres de absorção, Huang (1970). O requerimento de um modelo para predizer tais propriedades de misturas na simulação de processos químicos associou-se com especial atenção a energia livre de Gibbs em excesso, GE. Nos sistemas binários predominam a relação dos valores médios de equilíbrio na fase líquido-vapor, devido a sua facilidade de comparação. O cálculo das propriedades na fase líquido-vapor de um sistema com três ou mais componentes relacionam-se com os cálculos utilizados no sistema binário. Para calcular a relação de equilíbrio na fase líquido-vapor do sitema de multicomponentes precisamente, é necessário a combinação com sistemas binários para os quais os valores são conhecidos. A equação de van Laar e Margules são utilizadas para o cálculo de equilíbrio na fase líquido-vapor, porém, estas equações não apresentam uma boa precisão. Tais equações são incapazes de calcular a relação de equilíbrio entre a fase
líquido-vapor de um sistema de multicomponentes a partir de valores do sistema binário. Estes tipos de equações requerem valores médios para o sistema multicomponente Por outro lado, a equação de Wilson apresenta-se precisa e permite calcular a relação de equilíbrio na fase líquido-vapor do sistema de multicomponentes a partir de valores médios do sistema binário. Devido a estas vantagens, a equação de Wilson vem sendo adotada por muitos anos e também por apresentar um grande valor de aplicabilidade em programas computacionais para o cálculo de sistemas de multicomponentes. Neste trabalho, utilizou-se equação de Wilson para o cálculo da energia de Gibbs em excesso, calculou-se também os parâmetros binários desta equação associados a mistura binária amônia/água. O cálculo da entalpia de excesso relacionada com a temperatura e pressão é importante sob o ponto de vista teórico, pois a utilização deste recurso possibilita verificar a precisão de métodos para as propriedades termodinâmicas de mistura. Por outro lado, tecnicamente, a entalpia de excesso é requerida para a projeção de equipamentos em indústrias químicas. Propomos, ainda, o desenvolvimento de equações associadas a uma mistura binária, para o cálculo das propriedades termodinâmicas de excesso como entalpia e entropia para, posteriormente, calcularmos a entropia real associada a confecção do diagrama de entropia versus concentração de amônia. FUNDAMENTOS PARA ANÁLISE DO SISTEMA
Método de cálculo da equação de Wilson A equação de Wilson é utilizada para o cálculo de sistemas multicomponentes a partir da combinação dos parâmetros de
Λ ij
e
Λ ji
que determinam os valores do sistema binário. O
grande problema da equação de Wilson refere-se à