Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
de calor a la casa. La irreversibilidad para este proceso es cero y esto es lo
mejor que se puede hacer bajo las condiciones especificadas. Un argumento
similar puede darse para la calefacción eléctrica de edificios residenciales o
comerciales.
Comentario Ahora intente contestar la pregunta siguiente: ¿qué pasaría si la
máquina térmica se operara entre el bloque de hierro y el aire exterior en
lugar de la casa hasta que la temperatura del bloque de hierro descendiera a
27 °C? ¿La cantidad de calor suministrada a la casa todavía se mantendría en
142 MJ? He aquí una sugerencia: los estados inicial y final en ambos casos
son los mismos y la irreversibilidad para ambos casos es cero.
Fuente
600 K
A
η ter = 30%
η tér,máx = 50%
Sumidero
300 K
Fuente
1 000 K
B
η ter = 30%
η tér,máx = 70%
Sumidero
300 K
FIGURA 8-15
Dos máquinas térmicas que tienen la
misma eficiencia térmica, pero diferentes
eficiencias térmicas máximas.
η η tér = 30%
ΙΙ
ηrev = 50%
60%
FIGURA 8-16
La eficiencia según la segunda ley es una
medida del desempeño de un dispositivo
en relación con su desempeño en condiciones
reversibles.
8-3 ■ EFICIENCIA SEGÚN LA SEGUNDA LEY, h II
En el capítulo 6 se definieron la eficiencia térmica y el coeficiente de desempeño
para los dispositivos como una medida de su desempeño. Sólo se definieron
con base en la primera ley, por lo que en ocasiones son llamadas eficiencias
según la primera ley. Sin embargo, la eficiencia según la primera ley
no hace ninguna referencia al mejor desempeño posible y por lo tanto puede
ser equivocada.
Considere dos máquinas térmicas, ambas con una eficiencia térmica de 30
por ciento, como se muestra en la figura 8-15. Una de ellas (máquina A) es
alimentada con calor de una fuente a 600 K y la otra (máquina B) con una a
1 000 K. Las dos desechan calor a un medio a 300 K y a primera vista ambas
parecen convertir en trabajo la misma fracción de calor que reciben, por lo
tanto se desempeñan igualmente bien. Sin embargo, cuando se les observa
con detenimiento a la luz de la segunda ley de la termodinámica, notamos un
escenario totalmente diferente: en el mejor de los casos, estas máquinas pueden
desempeñarse como máquinas reversibles, en cuyo caso sus eficiencias
serían
h rev, A a 1 T L
T H
bA
h rev, B a 1 T L
T H
bB
h II
h tér
h tér,rev
1 300 K
600 K 50 %
1 300 K
1 000 K 70 %
Ahora es evidente que la máquina B tiene un potencial de trabajo disponible
mayor (70 por ciento del calor proporcionado, en comparación con el 50 por
ciento de la A), por lo tanto debería desempeñarse mucho mejor que la máquina
A. Por consiguiente, podemos decir que la B se desempeña pobremente con
relación a la máquina A aunque las dos tienen la misma eficiencia térmica.
En este ejemplo es obvio que la eficiencia según la primera ley por sí sola
no es una medida realista del desempeño de los dispositivos técnicos. Para
superar esta deficiencia, se define a la eficiencia según la segunda ley h II
como la relación entre la eficiencia térmica real y la eficiencia térmica máxima
posible (reversible) bajo las mismas condiciones (Fig. 8-16):
(máquinas térmicas)
h II, A 0.30
0.50 0.60 y h II, B 0.30
0.70 0.43
(8-6)
Con base en esta definición, las eficiencias según la segunda ley para las dos
máquinas térmicas analizadas anteriormente son