Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

8-5 ■ TRANSFERENCIA DE EXERGÍA POR CALOR,
TRABAJO Y MASA
La exergía, como la energía, puede transferirse hacia o desde un sistema en tres
formas: calor, trabajo y flujo másico. Esta transferencia es reconocida en la
frontera del sistema cuando la exergía la cruza, por lo que representa la exergía
ganada o perdida por un sistema durante un proceso. Las únicas dos formas de
interacción de exergía asociadas con una masa fija o sistema cerrado son las
transferencias de calor y de trabajo.
Transferencia de exergía por calor, Q
Recuerde del capítulo 6 que el potencial de trabajo de la energía transferida de
una fuente térmica a temperatura T es el trabajo máximo que puede obtenerse
de esa energía en un ambiente a una temperatura T 0 , y que puede ser equivalente
al trabajo producido por una máquina térmica de Carnot que opera entre
la fuente y el ambiente. Por lo tanto, la eficiencia de Carnot h C 1 T 0 /T
representa la fracción de energía de una fuente térmica a temperatura T que
puede ser convertida en trabajo (Fig. 8-26). Por ejemplo, sólo 70 por ciento de
la energía transferida de una fuente térmica a T 1 000 K puede convertirse
en trabajo en un ambiente a T 0 300 K.
El calor es una forma de energía desorganizada y sólo una porción de él
puede convertirse en trabajo, que es una forma de energía organizada (segunda
ley). Siempre es posible producir trabajo a partir del calor a una temperatura
superior a la temperatura ambiente, transfiriéndolo a una máquina térmica que
rechaza hacia el ambiente el calor de desperdicio. Por consiguiente, la transferencia
de calor siempre está acompañada por la transferencia de exergía. La
transferencia de calor Q en una ubicación que se encuentra a temperatura termodinámica
T siempre está acompañada por la transferencia de exergía X calor
en la cantidad de
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CAPÍTULO 8
Fuente de calor
Temperatura: T
Transferencia de energía: E
Exergía = 1 – T0 E
T
T 0
(
(
Transferencia de exergía por calor: X calor a 1 T 0
(8-24)
T b Q1kJ2
Esta relación da la transferencia de exergía que acompaña la transferencia de
calor de Q siempre que T sea mayor o menor que T 0 . Cuando T T 0 , la transferencia
de calor hacia un sistema aumenta la exergía de éste y la transferencia
de calor desde un sistema lo disminuye. Pero lo opuesto se cumple cuando
T T 0 . En este caso, la transferencia de calor Q es el calor desechado hacia
el medio frío (el calor de desperdicio) y no debe confundirse con el suministrado
por el ambiente a T 0 . La exergía transferida debido al calor es cero
cuando T T 0 en el punto de transferencia.
Quizá se pregunte qué pasa cuando T T 0 ; es decir, ¿qué pasa si tenemos
un medio que se halla a una temperatura más baja que el ambiente? En tal
caso es concebible hacer funcionar una máquina térmica entre el ambiente y
el medio “frío”, por lo tanto un medio frío ofrece una oportunidad de producir
trabajo. Sin embargo, esta vez el ambiente sirve como la fuente de calor
y el medio frío como el sumidero de calor. En este caso la relación anterior
proporciona el negativo de la transferencia de exergía asociada con el calor Q
transferido al medio frío. Por ejemplo, para T 100 K y la transferencia de
calor Q 1 kJ hacia el medio, la ecuación 8-24 da X calor (1 300/100)
(1 kJ) 2 kJ, lo cual significa que la exergía del medio frío disminuye en
2 kJ. También significa que esta exergía puede recuperarse y que la combinación
entre el medio frío y el ambiente tiene el potencial para producir 2 unida-
FIGURA 8-26
La eficiencia de Carnot h C 1 T 0 /T
representa la fracción de la energía transferida
de una fuente de calor a temperatura
T que puede convertirse en trabajo
en un ambiente a temperatura T 0 .