Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 8
donde W total,útil es el trabajo útil total entregado cuando el sistema experimenta
un proceso reversible desde el estado especificado al muerto, el cual por definición
corresponde a la exergía.
En general, un sistema cerrado puede poseer energías cinética y potencial,
por lo que la energía total de un sistema de este tipo es igual a la suma de sus
energías interna, cinética y potencial. Al observar que las energías cinética y
potencial son formas de exergía, la exergía de un sistema cerrado de masa m es,
X U U 0 P 0 V V 0 T 0 S S 0 m V 2
u u 0 P 0 v v 0 T 0 s s 0
e e 0 P 0 v v 0 T 0 s s 0
V 2
2
2
gz
mgz
(8-15)
Por unidad de masa, la exergía del sistema cerrado (o sin flujo) f, se expresa
como
(8-16)
donde u 0 , v 0 , y s 0 son las propiedades del sistema evaluadas en el estado
muerto. Observe que la exergía de un sistema es cero en el estado muerto
puesto que e e 0 , v v 0 y s s 0 en ese estado.
El cambio de exergía de un sistema cerrado durante un proceso es simplemente
la diferencia entre las exergías final e inicial del sistema,
X X 2 X 1 m 2 1 E 2 E 1 P 0 V 2 V 1 T 0 S 2 S 1
(8-17)
1U 2 U 1 2 P 0 1V 2 V 1 2 T 0 1S 2 S 1 2 m V 2 2 V 1
2
2
o, por unidad de masa,
mg 1z 2 z 1 2
Atmósfera
T 0 = 25 °C
2 1 u 2 u 1 P 0 v 2 v 1 T 0 s 2 s 1
e 2 e 1 P 0 v 2 v 1 T 0 s 2 s 1
(8-18)
Para sistemas cerrados estacionarios, los términos de energías cinética y
potencial desaparecen.
Cuando las propiedades de un sistema no son uniformes, la exergía del sistema
puede ser determinada mediante la integración de
X sistema f dm
V
fr d V
V 2 2 V 2 1
2
(8-19)
donde V es el volumen del sistema y r es la densidad.
Observe que la exergía es una propiedad y el valor de una propiedad no
cambia a menos que cambie el estado. En consecuencia, el cambio de exergía
de un sistema es cero si el estado del sistema o del ambiente no cambia durante
el proceso. Por ejemplo, el cambio de exergía de dispositivos de flujo estacionario
como toberas, compresores, turbinas, bombas e intercambiadores de calor
en un ambiente especificado es cero durante la operación estacionaria.
La exergía de un sistema cerrado es positiva o cero, nunca negativa. Incluso
un medio a baja temperatura (T T 0 ) y/o baja presión (P P 0 ) contiene
exergía dado que un medio frío puede servir como sumidero de calor para una
máquina térmica que absorbe el calor del ambiente a T 0 , y un espacio evacuado
hace posible que la presión atmosférica mueva un émbolo y realice el
trabajo útil (Fig. 8-21).
g z 2
z 1
Máquina
térmica
Medio frío
T = 3 °C
Salida
de trabajo
FIGURA 8-21
La exergía de un medio frío también es
una cantidad positiva dado que el trabajo
puede producirse mediante transferencia
de calor.