Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 8
Comentario Este problema fue resuelto en el capítulo 7 para la generación de
entropía. Se podría determinar la exergía destruida simplemente multiplicando
las generaciones de entropía por la temperatura ambiente de T 0 273 K.
EJEMPLO 8-11 Destrucción de exergía durante expansión
de vapor de agua
Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.05 kg de vapor de agua a 1 MPa
y 300 °C. El vapor se expande a un estado final de 200 kPa y 150 °C, por lo
que realiza trabajo. Durante este proceso se estiman pérdidas de calor del sistema
hacia los alrededores de 2 kJ. Si se supone que los alrededores están a
T 0 25 °C y P 0 100 kPa, determine a) la exergía del vapor en los estados
inicial y final, b) el cambio de exergía del vapor, c) la exergía destruida y d) la
eficiencia según la segunda ley para este proceso.
P 1 = 1 MPa
T 1 = 300 °C
P 0 = 100 kPa
T 0 = 25 °C
Vapor
de agua
P 2 = 200 kPa
T 2 = 150 °C
2 kJ
Solución En un dispositivo de cilindro-émbolo se expande vapor de agua a
un estado especificado. Se determinarán las exergías del vapor en los estados
inicial y final, el cambio de exergía, la exergía destruida y la eficiencia según
la segunda ley para este proceso.
Suposición Las energías cinética y potencial son insignificantes.
Análisis Se toma el vapor de agua contenido dentro del dispositivo de cilindro-émbolo
como el sistema (Fig. 8-37), el cual es un sistema cerrado porque
la masa no cruza su frontera durante el proceso. Se observa que el trabajo de
frontera se lleva a cabo por el sistema y el calor se pierde desde el sistema
durante el proceso.
a) Primero determinamos las propiedades del vapor de agua en los estados
inicial y final, así como el estado de los alrededores:
Estado 1 Estado 2
FIGURA 8-37
Esquema para el ejemplo 8-11.
Estado 1:
Estado 2:
Estado muerto:
Las exergías del sistema en el estado inicial X 1 y final X 2 son determinadas a
partir de la ecuación 8-15 como
y
u 1 2 793.7 kJ >kg
P 1 1 MPa
T 1 300 °C f v 1 0.25799 m 3 >kg 1Tabla A - 62
s 1 7.1246 kJ >kg # K
u
P 2 200 kP a 2 2 577.1 kJ >kg
T 2 150 °C f v 2 0.95986 m 3 >kg 1Tabla A - 62
s 2 7.2810 kJ >kg # K
u
P 0 u f a 25 °C 104.83 kJ >kg
0 100 kP a
T 0 25 °C
f v 0 v f a 25 °C 0.00103 m 3 >kg 1Tabla A- 42
s 0 s f a 25 °C 0.3672 kJ >kg # K
X 1 m 3 1u 1 u 0 2 T 0 1s 1 s 0 2 P 0 1v 1 v 0 24
10.05 kg 2512 793.7 104.83 2 kJ >kg
1298 K 2317.1246 0.3672 2 kJ >kg # K 4
1100 kP a 2310.25799 0.00103 2 m 3 >kg 461kJ >kP a # m
3
2
35.0 kJ
X 2 m 3 1u 2 u 0 2 T 0 1s 2 s 0 2 P 0 1v 2 v 0 24
10.05 kg 2512 577.1 104.83 2 kJ >kg
1298 K 2317.2810 0.3672 2 kJ >kg # K 4