Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
Al multiplicar la segunda relación por T 0 y restándola de la primera se obtiene
T 0 S gen E 2 E 1 T 0 S 2 S 1
De la ecuación 8-17 se obtiene
X 2 X 1 E 2 E 1 P 0 V 2 V 1 0 T 0 S 2 S 1
E 2 E 1 T 0 S 2 S 1
(8-29)
(8-30)
dado que V 2 V 1 para un sistema aislado (no puede involucrar ninguna frontera
móvil y por ende ningún trabajo de frontera). Al combinar las ecuaciones
8-29 y 8-30 se obtiene
T 0 S gen X 2 X 1 0
(8-31)
dado que T 0 es la temperatura termodinámica del ambiente y por lo tanto una
cantidad positiva y S gen 0, en consecuencia T 0 S gen 0. Entonces, se concluye
que
X aislado X 2 X 1 aislado 0
(8-32)
Esta ecuación puede expresarse como la exergía de un sistema aislado durante
un proceso siempre disminuye o, en el caso límite de un proceso reversible,
permanece constante; en otros términos, la exergía nunca aumenta y es destruida
durante un proceso real. Esto se conoce como el principio de disminución
de exergía. Para un sistema aislado, la disminución de exergía es igual a
la exergía destruida.
Alrededores
Δ X sist = –2 kJ
Sistema
X dest = 1 kJ
FIGURA 8-31
El cambio de exergía de un sistema puede
ser negativo, pero no la destrucción
de la exergía.
Q
Destrucción de exergía
Las irreversibilidades como la fricción, el mezclado, las reacciones químicas,
la transferencia de calor debida a una diferencia finita de temperatura, la
expansión libre, la compresión o expansión sin cuasiequilibrio, siempre generan
entropía y cualquier cosa que genera entropía siempre destruye la exergía.
La exergía destruida es proporcional a la entropía generada, como puede
observarse a partir de la ecuación 8-31, y se expresa como
X destruida T 0 S gen 0
(8-33)
Observe que la exergía destruida es una cantidad positiva para cualquier proceso
real y que se convierte en cero para uno reversible. La exergía destruida
representa el potencial de trabajo perdido y también se denomina irreversibilidad
o trabajo perdido.
Las ecuaciones 8-32 y 8-33 para la disminución de exergía y la destrucción
de exergía son aplicables a cualquier clase de sistema que experimenta cualquier
tipo de proceso, ya que cualquier sistema y sus alrededores pueden ser
envueltos por una frontera arbitraria suficientemente grande a través de la cual
no hay transferencia de calor, trabajo y masa, por lo tanto cualquier sistema y
sus alrededores constituyen un sistema aislado.
Ningún proceso real es verdaderamente reversible, en consecuencia alguna
exergía se destruye durante un proceso. Entonces, la exergía del universo que
puede ser considerada como un sistema aislado está disminuyendo continuamente.
Mientras más irreversible sea un proceso, más grande será la destrucción
de exergía durante ese proceso. Durante un proceso reversible no se destruye
exergía (X destruida,rev 0).
El principio de disminución de exergía no implica que la exergía de un sistema
no pueda aumentar. El cambio de exergía de un sistema puede ser positivo
o negativo durante un proceso (Fig. 8-31), pero la exergía destruida no
puede ser negativa. El principio de disminución de exergía puede ser resumido
como: