Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 8
h II,HX m# frío1c 4 c 3 2
m # caliente1c 1 c 2 2 oh II,HX 1
T 0 S # gen
m # caliente1c 1 c 2 2
(8-55)
donde Ṡ gen ṁ caliente (s 2 s 1 ) + ṁ frío (s 4 s 3 ). Quizá se pregunte qué pasa si el
intercambiador de calor no es adiabático; es decir, pierde algún calor hacia sus
alrededores que se hallan a T 0 . Si la temperatura de la frontera (la superficie
exterior del intercambiador de calor) T f es igual T 0 , la definición anterior sigue
cumpliéndose (excepto el término de generación de entropía que necesita ser
modificado si se usa la segunda definición). Sin embargo, si T f T 0 , entonces
la exergía del calor perdido en la frontera debe ser incluida en la exergía
recuperada.
m frío 4 3 Q pérdida 1 T 0 T b
T 0 S
II,HX (8-56)
m gen
1
caliente 1 2
m caliente 1 2
donde T b es la temperatura de la frontera del sistema a través del cual cruza
el calor perdido a razón de Q pérdida . También, S gen m caliente (s 2 s 1 )
m frío (s 4 s 3 ) Q pérdida / T b en este caso.
Aunque en la práctica no se intenta emplear esta exergía y se permite que
sea destruida, el intercambiador de calor no debe considerarse como responsable
de tal destrucción, la cual ocurre fuera de sus fronteras. Si nuestro interés
se centra en la exergía destruida durante el proceso, y no sólo dentro de las
fronteras del dispositivo, entonces tiene sentido considerar un sistema extendido
que incluya los alrededores inmediatos del dispositivo, y cuyas fronteras
del nuevo sistema ampliado estén a T 0 . La eficiencia según la segunda ley del
sistema extendido refleja los efectos de las irreversibilidades que ocurren dentro
y fuera del dispositivo.
Una situación interesante surge cuando la temperatura del flujo frío permanece
en todo momento por debajo de la temperatura de los alrededores. En ese
caso la exergía del flujo frío realmente disminuye en lugar de aumentar. En
estos casos es mejor redefinir la eficiencia según la segunda ley como la razón
entre la suma de exergías de los flujos que salen y la suma de las exergías de
los flujos que entran.
Para una cámara de mezclado adiabático en la que un flujo caliente 1 se
mezcla con un flujo frío 2, formando una mezcla 3, el recurso de exergía es
el fluido caliente. Entonces la exergía expandida es la disminución de exergía
del fluido caliente, y la exergía recuperada es el aumento de exergía del fluido
frío. Al observar que el estado 3 es el estado común de la mezcla, la eficiencia
según la segunda ley se puede expresar como
3
(8-57)
3 MPa
450 °C 300 kW
m frío 3 2
T 0 S
II,mez
donde S . m gen
o II,mez 1
caliente 1 3
m caliente 1
gen (m . caliente ṁ frío )s 3 ṁ caliente s 1 ṁ frío s 2 .
Turbina
de vapor
W
EJEMPLO 8-15 Análisis de una turbina de vapor
mediante la segunda ley
T 0 = 25 °C
P 0 = 100 kPa
El vapor de agua entra en una turbina en forma estacionaria a 3 MPa y 450
°C a una razón de 8 kg/s, y sale a 0.2 MPa y 150 °C (Fig. 8-45). El vapor
pierde calor hacia el aire de los alrededores a una tasa de 300 kW y el cual se
halla a 100 kPa y 25 °C, mientras que los cambios en las energías cinética y
0.2 MPa
150 °C
FIGURA 8-45
Esquema para el ejemplo 8-15.