Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
des de trabajo por cada unidad de calor desechado hacia el medio frío a 100 K.
Es decir, una máquina térmica de Carnot que opera entre T 0 300 K y T
100 K produce 2 unidades de trabajo mientras desecha 1 unidad de calor por
cada 3 unidades de éste que recibe del ambiente.
Cuando T T 0 , la exergía y la transferencia de calor están en la misma
dirección. Es decir, aumentan el contenido de exergía y energía del medio
hacia el que se transfiere el calor. Sin embargo, cuando T T 0 (medio frío), la
exergía y la transferencia de calor están en direcciones opuestas. Es decir, la energía
del medio frío aumenta como resultado de la transferencia de calor pero la
exergía disminuye. Al final la exergía del medio frío se vuelve cero cuando su
temperatura alcanza T 0 . La ecuación 8-24 también puede verse como exergía
asociada con la energía térmica Q a la temperatura T.
Cuando la temperatura T en la ubicación donde ocurre la transferencia de
calor no es constante, la transferencia de exergía que acompaña a la de calor
es determinada mediante la integración
Transferencia
de calor
Transferencia
de entropía
Medio 1 Medio 2
Muro
T 1
T 2
Q
Q
T 1
Q
Q
T 2
Transferencia
de exergía
1 – T 0 Q
( 1 – T 0 Q
T 1
( T 2
(
Entropía
generada
Exergía
destruida
FIGURA 8-27
La transferencia y destrucción de exergía
durante un proceso de transferencia de
calor debida a una diferencia finita de
temperatura.
(
(8-25)
Observe que la transferencia de calor debida a una diferencia finita de temperatura
es irreversible, y como resultado se genera alguna entropía. La generación
de entropía siempre está acompañada por la destrucción de exergía, como
se ilustra en la figura 8-27. También note que la transferencia de calor Q en
una ubicación a temperatura T siempre está acompañada por la transferencia
de entropía en la cantidad de Q/T y la transferencia de exergía en la cantidad
de (1 – T 0 /T)Q.
Transferencia de exergía por trabajo, W
La exergía es el potencial de trabajo útil, y la transferencia de exergía por trabajo
puede expresarse simplemente como
Transferencia de exergía por trabajo:
X trabajo e W W alr
W
X calor a 1 T 0
T b dQ
(para trabajo de frontera)
(para otras formas de trabajo)
(8-26)
donde W alr P 0 (V 2 V 1 ), P 0 es la presión atmosférica, así como V 1 y V 2 son
los volúmenes inicial y final del sistema. Por consiguiente, la transferencia de
exergía debida al trabajo, como los trabajos de flecha y eléctrico, es igual al
trabajo W mismo. En el caso de un sistema que involucra trabajo de frontera,
como un dispositivo de cilindro y émbolo, el trabajo realizado para empujar el
aire atmosférico durante la expansión no puede transferirse, por lo tanto debe
restarse. Asimismo, durante un proceso de compresión una parte del trabajo
está hecho por el aire atmosférico, por lo tanto se necesita proporcionar menos
trabajo útil de una fuente externa.
Para clarificar un poco más este punto, considere un cilindro vertical ajustado
con un émbolo sin peso y sin fricción (Fig. 8-28). El cilindro está lleno de un
gas que se mantiene en todo momento a la presión atmosférica P 0 . Después el
calor se transfiere al sistema y el gas en el cilindro se expande, lo que produce
que el émbolo ascienda y se realice trabajo de frontera. Sin embargo, este trabajo
no puede usarse para cualquier propósito útil porque apenas es suficiente
para hacer a un lado el aire atmosférico. (Si se conecta el émbolo a una carga
externa para extraer algún trabajo útil, la presión en el cilindro tendrá que subir
de P 0 para vencer la resistencia ofrecida por la carga.) Cuando el gas se enfría,