Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
Tomando c v 0.172 Btu/lbm · °F y sustituyendo, la exergía destruida se vuelve
X destruida T 0 S gen T 0 mc v ln T 2
T 1
1530 R 212 lb m 210.172 Bt u >lb m #
590 R °F 2ln
530 R
19.6 Btu
b) El trabajo reversible que en este caso representa la entrada mínima de trabajo
W rev,entrada se puede determinar del balance de exergía igualando a cero la
destrucción de exergía,
X ent X sal X destruida ¢ X sistema
→ 0 (re v ersible)
T ransferencia de ex er gía neta Destrucción Cambi o
por calor , trabajo y masa de ex er gía en ex er gía
W rev,ent X 2 X 1
ya que EC EP 0 y V 2 V 1 . Observando que T 0 (S 2 S 1 ) T 0 S sistema
19.6 Btu, el trabajo reversible se convierte en
1.0 Btu
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1E 2 E 1 2 P 0 1V 2 V 1 2 Q 0 T 0 1S 2 S 1 2
1U 2 U 1 2 T 0 1S 2 S 1 2
W rev,ent mc v 1T 2 T 1 2 T 0 1S 2 S 1 2
12 lb m 2 10.172 Bt u >lb m # ° F 2 1130 70 2° F 19.6 Bt u
120.6 19.6 2 Bt u
Aire
70 °F → 130 °F
Por consiguiente, una entrada de trabajo de sólo 1.0 Btu sería suficiente para
lograr este proceso (elevar la temperatura del aire en el recipiente de 70 a
130 °F) si todas las irreversibilidades se eliminaran.
Discusión La solución está completa en este punto, sin embargo, para ganar
alguna visión física, se planteará una discusión. Primero se determina el trabajo
real (el trabajo de la hélice W hélice ) realizado durante este proceso. Entonces,
al aplicar el balance de energía al sistema,
E ent E sal ¢ E sistema
Bomba de
calor reversible
Aire ambiente
70 °F
20.6 Btu
19.6 Btu
W neto,ent = 1 Btu
FIGURA 8-39
El mismo efecto sobre el sistema puede
lograrse por una bomba de calor reversible
que consume sólo 1 Btu de trabajo.
T ransferencia neta de ener gía
por calor , trabajo y masa
Cambio de ener gías interna,
cinética, potencial, etcétera
W hélice,entrada ¢ U 20.6 Bt u 3del apartado b 24
ya que el sistema es adiabático (Q 0) y no involucra frontera móvil (W b 0).
Para analizar la información en perspectiva, 20.6 Btu de trabajo se consumen
durante el proceso, 19.6 Btu de exergía se destruye y la entrada de trabajo
reversible para el proceso es 1.0 Btu. ¿Qué significa todo esto? Simplemente
que es posible crear el mismo efecto en el sistema cerrado (elevando su temperatura
a 130 °F a volumen constante) con sólo consumir 1.0 Btu de trabajo en
lugar de 20.6 Btu, con lo cual se ahorran 19.6 Btu de trabajo que se desperdiciaría.
Esto se cumpliría por medio de una bomba de calor reversible.
Para demostrar lo anterior, considere una bomba de calor de Carnot que
absorbe el calor de los alrededores a T 0 530 R y lo transfiere hacia el aire
en el recipiente rígido hasta que la temperatura del aire T se eleve de 530 a
590 R, como se muestra en la figura 8-39. El sistema no incluye interacciones
de trabajo directo en este caso, por lo que el calor suministrado al sistema
puede expresarse en forma diferencial como