Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 8
La irreversibilidad puede verse como el potencial de trabajo desperdiciado
o la oportunidad perdida para realizar trabajo. Representa la energía que
podría convertirse en trabajo pero que no lo fue. Cuanto más pequeña es la
irreversibilidad asociada con un proceso, mayor es el trabajo que se produce
(o menor es el trabajo que se consume). El desempeño de un sistema puede
mejorarse minimizando la irreversibilidad asociada con él.
EJEMPLO 8-3 Tasa de irreversibilidad de una
máquina térmica
Una máquina térmica recibe calor de una fuente a 1 200 K a una tasa de
500 kJ/s y rechaza calor de desecho a un medio a 300 K (Fig. 8-11). La
salida de potencia de la máquina térmica es 180 kW. Determine la potencia
reversible y la tasa de irreversibilidad para este proceso.
Solución Se considera la operación de una máquina térmica. Se determinará
la potencia reversible y la tasa de irreversibilidad asociada con esta
operación.
Análisis La potencia reversible para este proceso es la cantidad de potencia
que una máquina térmica reversible, como la de Carnot, produciría al operar
entre los mismos límites de temperatura, y se determina:
#
#
W re v h tér,rev Q ent a1 T sumidero #
b Q ent a1 300 K b 1500 kW 2 375 kW
T fuente 1 200 K
Ésta es la potencia máxima que puede producir una máquina térmica que
opera entre los límites de temperatura especificados y que recibe calor a la
tasa especificada. Esto también representaría la potencia disponible si 300 K
fuera la temperatura más baja disponible para el rechazo de calor.
La tasa de irreversibilidad es la diferencia entre la potencia reversible
(potencia máxima que podría producirse) y la salida de potencia útil:
I
# # #
W rev,sal W u ,sal 375 180 195 kW
Fuente 1 200 K
·
Q ent = 500 kJ/s
·
W = 180 kW
MT
Sumidero 300 K
FIGURA 8-11
Esquema para el ejemplo 8-3.
Comentario Observe que 195 kW de potencia están desperdiciados durante
este proceso como resultado de irreversibilidades. También, los 500 375
125 kW de calor desechados hacia el sumidero no están disponibles para ser
convertidos a trabajo y por lo tanto no son parte de la irreversibilidad.
EJEMPLO 8-4 Irreversibilidad durante el enfriamiento
de un bloque de hierro
Un bloque de hierro de 500 kg, el cual se muestra en la figura 8-12, está inicialmente
a 200 °C y se deja enfriar a 27 °C transfiriendo calor hacia el aire
de los alrededores que se halla a 27 °C. Determine el trabajo reversible y la
irreversibilidad para este proceso.
Solución Un bloque de hierro caliente se deja enfriar con el aire. Se determinarán
el trabajo reversible y la irreversibilidad asociados con este proceso.
Suposiciones 1 Las energías cinética y potencial son insignificantes. 2 El
proceso no involucra interacciones de trabajo.
Aire de los alrededores
Calor
Hierro T 0 = 27 °C
200 °C
27 °C
FIGURA 8-12
Esquema para el ejemplo 8-4.