Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
T 0 = 20 °C
T 2 = 50 °C
P 2 = 0.8 MPa
Compresor
P 1 = 0.14 MPa
T 1 = –10 °C
FIGURA 8-25
Esquema para el ejemplo 8-8.
EJEMPLO 8-8 Cambio de exergía durante un proceso
de compresión
Refrigerante 134a será comprimido en forma estacionaria por un compresor,
desde 0.14 MPa y 10 °C hasta 0.8 MPa y 50 °C. Considerando que las condiciones
ambientales son de 20 °C y 95 kPa, determine el cambio de exergía
del refrigerante durante este proceso y la entrada de trabajo mínimo que necesita
ser proporcionado al compresor por unidad de masa del refrigerante.
Solución Refrigerante 134a será comprimido de un estado de entrada especificado
a otro de salida también especificado. Se determinará el cambio de
exergía del refrigerante y el trabajo de compresión mínimo por unidad de
masa.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 Las energías
cinética y potencial son insignificantes.
Análisis Se considera al compresor como el sistema (Fig. 8-25), el cual es un
volumen de control porque la masa cruza su frontera durante el proceso. Lo
que aquí se determinará es el cambio de exergía de una corriente de fluido, el
cual es el cambio en el flujo de exergía c.
Las propiedades del refrigerante en los estados de entrada y salida son
Estado de entrada:
P 1
0.14 MPa
T 1 10 °C h 1 246.36 kJkg
0.9724 kJkg K
s 1
Estado de salida:
P 2
0.8 MPa
T 2 50 °C h 2 286.69 kJkg
0.9802 kJkg K
s 2
El cambio de exergía del refrigerante durante este proceso de compresión se
determina directamente de la ecuación 8-23 como
2 1 h 2 h 1 T 0 s 2 s 1
h 2 h 1 T 0 s 2 s 1
286.69 246.36 kJkg 293 K0.9802 0.9724kJkg K
38.0 kJ/kg
Por consiguiente, la exergía del refrigerante aumenta en 38.0 kJ/kg durante la
compresión.
El cambio de exergía de un sistema en un ambiente especificado representa
el trabajo reversible en ese ambiente, que es la entrada mínima de trabajo
requerido para los dispositivos que consumen trabajo, como los compresores.
Por lo tanto, el incremento en la exergía del refrigerante es igual al trabajo
mínimo que necesita ser suministrado al compresor:
w ent,mín c 2 c 1 38.0 kJ/kg
V 2 2 V 2 0
1
g z
2
2 z 1 0
Comentario Observe que si el refrigerante comprimido a 0.8 MPa y 50 °C
fuera expandido por una turbina a 0.14 MPa y 10 °C en el mismo ambiente
y de una manera reversible, se producirían 38.0 kJ/kg de trabajo.