Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
Fluido en
movimiento
Energía:
e = u +
V 2
2
+ gz
Exergía:
f = (u u – u 0 ) + P 0 (v – v 0 ) – T 0 (s –
Energía:
P
v
Masa
fija
s – s 0 ) +
a) ) Una masa fija (sin fluir)
u = h +
V 2
2
+ gz
Exergía:
c = (h h – h 0 ) + T 0 (s –
P 0
s – s 0 ) +
V 2
2
b) ) Una corriente de fluido
(en movimiento)
+ gz
V 2
2
Corriente
de fluido
+ gz
FIGURA 8-23
Contenidos de energía y exergía de
a) una masa fija y b) una corriente de
fluido.
v
Pv = P 0 v + w eje
Émbolo imaginario
(representa el fluido
corriente abajo)
w eje
Aire atmosférico
desplazado
FIGURA 8-22
La exergía asociada con la energía de
flujo es el trabajo útil que entregaría un
émbolo imaginario en la sección de flujo.
Exergía de una corriente de flujo:
exergía de flujo (o corriente)
En el capítulo 5 se mostró que un fluido en movimiento tiene una forma adicional
de energía, llamada energía de flujo que es la energía necesaria para
mantener el flujo en una tubería o conducto, y que se expresa como w flujo Pv
donde v es el volumen específico del fluido que es equivalente al cambio de
volumen por unidad de masa de fluido cuando se desplaza durante el flujo. El
trabajo de flujo es esencialmente el trabajo de frontera realizado por un fluido
sobre el fluido que está corriente abajo, por lo tanto la exergía asociada con el
trabajo de flujo es equivalente a la exergía asociada con el trabajo de frontera,
el cual es el exceso de trabajo de frontera realizado contra el aire atmosférico
a P 0 para desplazarlo un volumen v (Fig. 8-22). Observe que el trabajo de
flujo es Pv y que el trabajo realizado contra la atmósfera es P 0 v, entonces la
exergía asociada con la energía de flujo puede ser expresada como
(8-20)
Por consiguiente, la exergía asociada con la energía de flujo se obtiene reemplazando
la presión P en la relación de trabajo de flujo por el exceso de presión
con respecto a la presión atmosférica, P P 0 . Entonces la exergía de una
corriente de fluido se determina simplemente sumando la relación anterior de
exergía de flujo a la relación de exergía de la ecuación 8-16 para un fluido
que no está en movimiento,
x fluido en movimiento x fluido no en movimiento x flujo
x flujo P v P 0 v (P P 0 ) v
1u u 0 2 P 0 1v v 0 2 T 0 1s s 0 2 V 2
u Pv u 0 P 0 v 0 T 0 s s 0
(8-21)
2 gz 1P P 02v
V 2
gz
2
V 2
h h 0 T 0 s s 0 gz
2
La expresión final se llama exergía de flujo (o corriente), y se denota por c
(Fig. 8-23).
Exergía de flujo: h h 0 T 0 s s 0 gz
(8-22)
2
Entonces el cambio de exergía de una corriente de fluido cuando experimenta
un proceso desde el estado 1 hasta el 2 es
2 1 h 2 h 1 T 0 s 2 s 1
V 2 2 V 2 1
2
(8-23)
Para las corrientes de fluido con energías cinética y potencial insignificantes,
los términos de estas energías desaparecen.
Observe que el cambio de exergía de un sistema cerrado o de una corriente
de fluido representa la cantidad máxima de trabajo útil que puede llevarse a
cabo (o, si es negativo, la cantidad mínima de trabajo útil que necesita suministrarse)
cuando el sistema cambia del estado 1 al estado 2 en un ambiente
especificado, y representa el trabajo reversible W rev . Esto es independiente
del tipo de proceso ejecutado, del tipo de sistema utilizado y de la naturaleza
de las interacciones de energía entre el sistema y los alrededores. También
note que la exergía de un sistema cerrado no puede ser negativa, pero
V 2
g z 2
z 1