Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
Para una máquina térmica, la exergía gastada es la disminución en la
exergía del calor transferido hacia la máquina, la cual es la diferencia entre
la exergía del calor suministrado y la del calor rechazado. (La exergía del
calor rechazado a la temperatura de los alrededores es cero.) La salida de trabajo
neto es la exergía recuperada.
Para un refrigerador o bomba de calor, la exergía gastada es la entrada de
trabajo, ya que el trabajo suministrado a un dispositivo cíclico se consume por
completo. La exergía recuperada es la del calor transferido hacia el medio de
alta temperatura (que es el trabajo reversible) para una bomba de calor, mientras
que para un refrigerador lo es la exergía del calor transferido desde un
medio de baja temperatura.
Para un intercambiador de calor con dos corrientes de fluidos que no se
mezclan, usualmente la exergía gastada es la disminución en la exergía de
la corriente de fluido de mayor temperatura, y la exergía recuperada es el
aumento en la exergía de la corriente de fluido de menor temperatura. Esto se
comenta más ampliamente en la sección 8-8.
En el caso de calentamiento por resistencia eléctrica, la exergía gastada es
la energía eléctrica que consume la resistencia eléctrica de los recursos de la
red eléctrica. La exergía recuperada es el contenido de exergía del calor que
se suministra al cuarto, que es el trabajo que se puede producir mediante una
máquina Carnot que reciba este calor. Si el calentador mantiene el espacio
calentado a una temperatura constante de T H en un ambiente a T 0 , la eficiencia
de segunda ley para el calentador eléctrico resulta
II,calentador eléctrico
X recuperada
X gastada
X calor
W e
Q e 1
W e
T 0 T H
1
T 0
T H
(8-11)
ya que, por las consideraciones de primera ley, Q e W e . Observe que la
eficiencia de la segunda ley de un calentador de resistencia se vuelve cero
cuando el calentador está en el exterior (como en un calentador de radiación),
y por lo tanto la exergía del calor suministrado al ambiente no es recuperable.
21 °C
Calentador
de resistencia
FIGURA 8-19
Esquema para el ejemplo 8-6.
10 °C
EJEMPLO 8-6 Eficiencia según la segunda ley en calentadores
de resistencia
Un distribuidor comercial anuncia que acaba de recibir un embarque de calentadores
de resistencia eléctrica que tienen una eficiencia de 100 por ciento y
que son para edificios residenciales (Fig. 8-19). Suponiendo una temperatura
interior de 21 °C y otra exterior de 10 °C, determine la eficiencia según la
segunda ley de estos calentadores.
Solución Se tienen calentadores de resistencia eléctrica para edificios residenciales
y se determinará su eficiencia según la segunda ley.
Análisis Obviamente, la eficiencia a la que el distribuidor comercial se refiere
es la de la primera ley, lo cual significa que para cada unidad de energía eléctrica
(trabajo) consumida, el calentador suministrará a la casa 1 unidad de
energía (calor). Es decir, el calentador anunciado tiene un COP de 1.
En las condiciones especificadas, una bomba de calor reversible tendría un
coeficiente de desempeño de
COP BC,rev
1
1 T L T H
1
1 10 273 K21 273 K
26.7