Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

429
CAPÍTULO 8
la papa en la frontera a la del ambiente que se encuentra a 25 °C (véase Fig.
8-3).
La noción de que un sistema debe ir al estado muerto hacia el final del
proceso para maximizar la salida de trabajo puede explicarse como sigue: si
la temperatura del sistema en el estado final es mayor que (o menor que) la
temperatura del ambiente en que se encuentra, siempre será posible producir
trabajo adicional al operar una máquina térmica entre estos dos niveles
de temperatura. Si la presión final es mayor que (o menor que) la presión
del ambiente, aún es posible obtener trabajo si se permite que el sistema se
expanda a la presión del ambiente. Si la velocidad final del sistema no es
cero, podemos tomar esa energía cinética extra mediante una turbina y convertirla
en el trabajo de un eje giratorio, y así sucesivamente. Ningún trabajo
puede producirse a partir de un sistema que está inicialmente en el estado
muerto. La atmósfera que nos rodea contiene una enorme cantidad de energía,
sin embargo se encuentra en el estado muerto y la energía que contiene
no posee potencial de trabajo (Fig. 8-4).
Por consiguiente, se concluye que un sistema entrega el máximo trabajo
posible cuando experimenta un proceso reversible del estado inicial especificado
al estado de su ambiente, es decir, el estado muerto. Esto representa
el potencial de trabajo útil del sistema en el estado especificado y se llama
exergía. Es importante comprender que la exergía no representa la cantidad
de trabajo que un dispositivo productor realmente entregará después de la instalación;
sino que representa el límite superior en la cantidad de trabajo que
un dispositivo puede entregar sin violar cualquier ley termodinámica. Habrá
siempre una diferencia, grande o pequeña, entre la exergía y el trabajo real
entregado por un dispositivo, diferencia que representa para los ingenieros la
posibilidad para la mejora.
Observe que la exergía de un sistema en un estado especificado depende de
las condiciones del medio (el estado muerto) así como de las propiedades del
sistema, por lo tanto la exergía es una propiedad de la combinación entre sistema
y ambiente y no del sistema exclusivamente. La alteración del ambiente
es otra manera de aumentar la exergía, pero definitivamente no es una alternativa
fácil.
El término disponibilidad (availability) fue popularizado en Estados Unidos
por la Escuela de Ingeniería del Massachusetts Institute of Technology (MIT)
en los años de 1940. Hoy, un término equivalente introducido en Europa en
los años de 1950, exergía, ha encontrado aceptación mundial en parte porque
es más corto, rima con energía y entropía y puede adaptarse sin requerir traducción.
En este libro, el término que se prefiere es exergía.
Alrededores
inmediatos
Papa
caliente
70 °C
25 °C
25 °C
Ambiente
FIGURA 8-3
Los alrededores inmediatos de una papa
caliente corresponden simplemente a la
zona del gradiente de temperatura del
aire en la cercanía de la papa.
FIGURA 8-4
La atmósfera contiene una enorme cantidad
de energía, pero cero exergía.
© Vol. 74/PhotoDisc/Getty RF.
Exergía (potencial de trabajo) asociada
con la energía cinética y potencial
La energía cinética es una forma de energía mecánica, por lo tanto puede convertirse
completamente en trabajo. El potencial de trabajo o la exergía de la
energía cinética de un sistema es igual a la propia energía cinética sin tener en
cuenta la temperatura y la presión del ambiente. Es decir,
Exergía de la energía cinética: x ec ec V 2
(8-1)
2 1kJ>kg2
donde V es la velocidad del sistema relativa al ambiente.