Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
W
X trabajo
ΔX sistema
X destruida
X sistema X 2 X 1 puede ser determinado directamente de la ecuación 8-17
sin tomar en cuenta cómo se ejecuta el proceso. Sin embargo, determinar la
transferencia de exergía por calor, trabajo y masa requiere un conocimiento
acerca de estas interacciones.
Un sistema cerrado no involucra flujo másico, por lo tanto tampoco cualquier
transferencia de exergía asociada con el flujo másico. Si se toma la
dirección positiva de la transferencia de calor hacia el sistema y la dirección
positiva de transferencia de trabajo desde el sistema, el balance de exergía para
un sistema cerrado puede expresarse más explícitamente como (Fig. 8-33)
Q
X calor
X calor – X trabajo – X destruida = ΔX sistema
FIGURA 8-33
Balance de exergía para un sistema
cerrado cuando la dirección de transferencia
de calor se toma hacia el sistema
mientras que la de trabajo se toma desde
el sistema.
Alrededores
externos
T 0
(ambiente)
T 0
Alrededores
inmediatos
Sistema
FIGURA 8-34
La exergía destruida fuera de la frontera
del sistema puede ser considerada al
realizar un balance de exergía sobre el
sistema extendido que incluye al sistema
y sus alrededores inmediatos.
Q
Sistema cerrado: X calor X trabajo X destruida X sistema
(8-40)
o
Sistema cerrado:
1 T 0
Q (8-41)
T k W P 0 V 2 V 1 T 0 S gen X 2 X 1
k
donde Q k es la transferencia de calor a través de la frontera a la temperatura
T k en el lugar k. Si se divide la ecuación anterior por el intervalo de tiempo t
y se toma el límite cuando t → 0, se obtiene en forma de tasa el balance de
exergía para un sistema cerrado,
Forma de tasa: a a 1 T 0
b Q # k a W # P dV sistema
(8-42)
T 0 b T
k dt
0 S # gen dX sistema
dt
Observe que las relaciones anteriores para un sistema cerrado se desarrollan
tomando como cantidades positivas tanto la transferencia de calor hacia un
sistema como el trabajo realizado por el sistema. Por consiguiente, la transferencia
de calor desde el sistema y el trabajo hecho sobre el sistema deben
considerarse como cantidades negativas cuando se utilicen estas relaciones.
Las relaciones de balance de exergía presentadas anteriormente pueden
usarse para determinar el trabajo reversible W rev , igualando a cero el término
de destrucción de exergía. El trabajo W en este caso se convierte en trabajo
reversible; es decir, W W rev cuando X destruida T 0 S gen 0.
Observe que X destruida representa solamente la exergía destruida dentro de
la frontera del sistema, y no la que puede ocurrir fuera de ésta durante el
proceso como resultado de irreversibilidades externas. Por lo tanto, un proceso
para el cual X destruida 0 es internamente reversible pero no de manera
necesaria totalmente reversible. La exergía total destruida durante un proceso
puede ser determinada aplicando el balance de exergía a un sistema extendido
que incluya al sistema mismo y sus alrededores inmediatos en los cuales
podrían estar ocurriendo irreversibilidades externas (Fig. 8-34). Asimismo, en
este caso el cambio de exergía es igual a la suma de los cambios de exergía
del sistema y el cambio de exergía de los alrededores inmediatos. Note que
bajo condiciones estacionarias, el estado y por ende la exergía de los ambientes
inmediatos (la “zona de amortiguamiento”) en cualquier punto no cambia
durante el proceso, en consecuencia el cambio de exergía de los alrededores
inmediatos es cero. Cuando se evalúa la transferencia de exergía entre un sistema
extendido y el ambiente, la temperatura de frontera del sistema extendido
se considera simplemente como la temperatura ambiental T 0 .
Para un proceso reversible, la generación de entropía y por lo tanto la destrucción
de exergía es cero, entonces la relación del balance de exergía en
este caso se vuelve análoga a la relación de balance de energía. Es decir, el
cambio de exergía del sistema es igual a la transferencia de exergía.
Observe que el cambio de energía de un sistema es igual a la transferencia
de energía para cualquier proceso, pero el cambio de exergía de un sistema es