Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 8
La irreversibilidad para este proceso se determina a partir de su definición,
I W re v W u 8 191 0 8 191 kJ
Comentario Para este caso, el trabajo reversible y la irreversibilidad (potencial
de trabajo desechado) es lo mismo, ya que todo el potencial de trabajo se
desecha. La fuente de irreversibilidad en este proceso es la transferencia de
calor debida a una diferencia finita de temperatura.
EJEMPLO 8-5 Potencial de calentamiento de un bloque
caliente de hierro
El bloque de hierro analizado en el ejemplo 8-4 será utilizado para mantener
una casa a 27 °C cuando la temperatura ambiente es 5 °C. Determine la cantidad
máxima de calor que puede proporcionarse a la casa cuando el hierro se
enfría a 27 °C.
Solución El bloque de hierro se considera ahora para calentar una casa. Se
determinará la cantidad máxima de calor que este bloque puede proporcionar.
Análisis Probablemente la primera idea para utilizar la energía almacenada
en el bloque de hierro es llevarlo al interior y dejarlo enfriar dentro de la casa,
como se muestra en la figura 8-14, de manera que transfiera su energía sensible
como calor hacia el aire interior (siempre que se tenga, por supuesto,
la aprobación del propietario). El bloque de hierro puede seguir “perdiendo”
calor hasta que su temperatura disminuya a la temperatura interior de 27 °C,
transfiriendo un total de 38 925 kJ de calor. Como se empleó toda la energía
del bloque de hierro disponible para calentamiento sin desechar un solo kilojoule,
parece que se trata de una operación 100 por ciento eficiente y nada
puede modificar esto, ¿es así?
En el ejemplo 8-4 se determinó que este proceso tiene una irreversibilidad
de 8 191 kJ, lo cual implica que las cosas no son tan “perfectas” como
parecen. Un “proceso perfecto” es aquel que implica “cero irreversibilidad”.
La irreversibilidad en este proceso está asociada con la transferencia de calor
debida a una diferencia finita de temperatura, que puede eliminarse operando
una máquina térmica reversible entre el bloque de hierro y el aire interior.
Esta máquina producirá (como se determinó en el ejemplo 8-4) 8 191 kJ de
trabajo y desechará el resto 38 925 8 191 30 734 kJ de calor a la casa.
Así, se logra eliminar la irreversibilidad y terminar con 8 191 kJ de trabajo.
¿Qué podemos hacer con este trabajo? En el peor de los casos podemos convertirlo
en calor operando una hélice, por ejemplo, creando una cantidad igual
de irreversibilidad; también es posible proporcionarlo a una bomba de calor
que transportará calor desde el exterior a 5 °C hacia el interior a 27 °C. Tal
bomba, si es reversible, tiene un coeficiente de desempeño de
5 °C
27 °C
Hierro
200 °C
Calor
FIGURA 8-14
Esquema para el ejemplo 8-5.
COP BC
1
1 T L T H
1
1 278 K300 K
13.6
Es decir, esta bomba de calor puede suministrar a la casa 13.6 veces la energía
que consume como trabajo. En este caso, consumirá 8 191 kJ de trabajo
y entregará 8 191 13.6 111 398 kJ de calor a la casa. Por consiguiente,
el bloque de hierro caliente tiene el potencial para proporcionar
130 734 111 398 2 kJ 142 132 kJ 142 MJ