Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

451
CAPÍTULO 8
igual a la transferencia de exergía únicamente para un proceso reversible. La
cantidad de energía siempre se conserva durante un proceso real (la primera
ley), pero su calidad está ligada a la disminución (la segunda ley). Esta disminución
en la calidad siempre está acompañada de un incremento en la entropía
y una disminución en la exergía. Cuando 10 kJ de calor se transfieren de un
medio caliente a otro frío, por ejemplo, todavía se tiene 10 kJ de energía al
final del proceso, pero a una temperatura más baja y por lo tanto a una calidad
más baja y un menor potencial para hacer trabajo.
EJEMPLO 8-9 Balance general de exergía para
sistemas cerrados
Comenzando con los balances de energía y entropía, deduzca la relación general
para el balance general de exergía de un sistema cerrado (Ec. 8-41).
Solución Empezando con las relaciones de balance de energía y entropía,
se obtendrá una relación general para el balance de exergía de un sistema
cerrado.
Análisis Se tiene un sistema cerrado general (una masa fija) que puede intercambiar
el calor y trabajo con sus alrededores (Fig. 8-35). El sistema experimenta
un proceso desde el estado 1 hasta el estado 2. Si se toma la dirección
positiva de transferencia de calor hacia el sistema y la dirección positiva de la
transferencia de trabajo desde el sistema, los balances de energía y entropía
para este sistema cerrado se pueden expresar como
Balance de energía:
Balance de
entropía:
Multiplicando la segunda relación por T 0 y restándola de la primera se obtiene
Q T 0 2
a dQ T b W T 0 S gen E 2 E 1 T 0 1S 2 S 1 2
frontera
1
E ent E sal ¢E sistema S Q W E 2 E 1
2
S ent S sal S gen ¢S sistema S a dQ T b S gen S 2 S 1
frontera
1
W
Sistema
cerrado
FIGURA 8-35
Sistema cerrado general considerado en
el ejemplo 8-9.
Q
T b
Sin embargo, la transferencia de calor para el proceso 1-2 puede expresarse
como Q
1
2
Q y el lado derecho de la ecuación anterior es, a partir de la
ecuación 8-17, (X 2 X 1 ) P 0 (V 2 V 1 ). Por lo tanto,
2
dQ T 0 2
1
1
Al hacer que T b denote la temperatura de frontera y reestructurando, se obtiene
la ecuación
2
1
a dQ T b
frontera
W T 0 S gen X 2 X 1 P 0 1V 2 V 1 2
1 T 0
a b dQ 3W P 0
1V 2 V 1
24 T 0 S gen X 2 X 1
T b
(8-43)
la cual es equivalente a la ecuación 8-41 para el balance de exergía, sólo que
por conveniencia la integración se reemplaza por la suma en esa ecuación.
Esto completa la prueba.
Comentario La relación de balance de exergía anterior se obtiene sumando
las relaciones de balance de energía y entropía, por lo tanto no es una ecuación
independiente. Sin embargo, puede usarse en el análisis de exergía en
lugar de la relación de balance de entropía como una expresión alternativa de
la segunda ley.