Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 6
¿Es posible ahorrar Q salida ?
En una central eléctrica de vapor, el condensador es el dispositivo donde grandes
cantidades de calor de desecho se rechaza hacia ríos, lagos o la atmósfera.
Entonces surge la pregunta: ¿es posible sacar el condensador de la central y
ahorrar toda esa energía de desecho? Desafortunadamente, la respuesta a esta
pregunta es un no contundente por la simple razón de que sin un proceso de
rechazo de calor en un condensador, el ciclo no estaría completo (los dispositivos
cíclicos como las centrales eléctricas de vapor no pueden funcionar de
forma continua a menos que se complete el ciclo). Esto se demuestra a continuación
con la ayuda de una máquina térmica simple.
Se tiene la máquina térmica simple mostrada en la figura 6-15, la cual se
usa para elevar el peso. Consta de un dispositivo de cilindro-émbolo con dos
conjuntos de topes. El fluido de trabajo es el gas contenido dentro del cilindro.
Al inicio, la temperatura del gas es 30 °C. El émbolo, que se carga con
los pesos, descansa sobre la parte superior de los topes inferiores. Después
se transfieren 100 kJ de calor al gas en el cilindro desde una fuente a 100 °C,
lo que provoca que el gas se expanda y eleve el émbolo con carga hasta que
llega a los topes superiores, como se ilustra en la figura. En este punto se
retira la carga y se observa que la temperatura del gas es de 90 °C.
El trabajo realizado sobre la carga durante este proceso de expansión es
igual al incremento en su energía potencial, por ejemplo 15 kJ. Incluso en
condiciones ideales (émbolo sin peso, sin fricción, ninguna pérdida de calor
y expansión en cuasiequilibrio), la cantidad de calor suministrado al gas es
mayor que el trabajo hecho ya que parte del calor suministrado se usa para
elevar la temperatura del gas.
Ahora se intentará contestar esta pregunta: ¿es posible transferir de nuevo,
para usarlos posteriormente, los 85 kJ de calor excedentes a 90 °C hacia
el depósito a 100 °C? Si esto es posible, entonces se tendrá una máquina
térmica con una eficiencia térmica de 100 por ciento en condiciones ideales.
La respuesta a esta pregunta nuevamente es no, por el simple hecho de que
el calor se transfiere siempre de un medio de alta temperatura a otro de baja,
y nunca al contrario. Por lo tanto, no se puede enfriar este gas de 90 a 30 °C
transfiriendo calor hacia un depósito a 100 °C. En cambio, se tiene que poner
al sistema en contacto con un depósito de baja temperatura, por ejemplo a 20
°C, de modo que el gas pueda volver a su estado inicial al rechazar sus excedentes
85 kJ de energía como calor hacia este depósito. Esta energía no se
puede reciclar, y se denomina de modo adecuado energía de desecho.
Carga
(15 kJ)
Carga
Gas
30 °C
Gas
90 °C
Gas
30 °C
Depósito a
100 °C
Entra calor
(100 kJ)
Sale calor
(85 kJ)
Depósito a
20 °C
FIGURA 6-15
Un ciclo de máquina térmica no se puede
completar sin rechazar cierta cantidad de
calor a un sumidero de baja temperatura.