Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 8
el émbolo desciende, comprimiendo el gas. Nuevamente, no se necesita trabajo
de una fuente externa para lograr este proceso de compresión. Así, se concluye
que el trabajo realizado por o contra la atmósfera no está disponible para cualquier
propósito útil, por lo que debe excluirse del trabajo disponible.
Transferencia de exergía por masa, m
La masa contiene exergía, así como energía y entropía, y los contenidos de éstas
en un sistema son proporcionales a la masa. También, las tasas de transportación
de exergía, entropía y energía hacia dentro o hacia fuera de un sistema son proporcionales
al flujo másico. El flujo másico es un mecanismo para transportar
exergía, entropía y energía dentro o fuera de un sistema. Cuando una cantidad
de masa m entra o sale de un sistema, la acompaña una cantidad de exergía mc,
donde c (h h 0 ) T 0 (s s 0 ) V 2 /2 gz. Es decir,
P 0
P 0
Émbolo
sin peso
Calor
FIGURA 8-28
No hay transferencia de trabajo útil asociado
con el trabajo de frontera cuando la
presión del sistema se mantiene constante
a la presión atmosférica.
Transferencia de exergía por masa: X masa = mc (8-27)
Por lo tanto, la exergía de un sistema aumenta en mc cuando entra la cantidad
de masa m, mientras que disminuye en la misma cantidad cuando la misma
cantidad de masa en el mismo estado sale del sistema (Fig. 8-29).
El flujo de exergía asociado con una corriente de fluido cuando las propiedades
de éste son variables puede determinarse a partir de la integración de
Volumen de control
X # masa
A t
crV n dA t y X masa cdm
¢t
X # masa dt
(8-28)
donde A t es el área de la sección transversal del flujo y V n es la velocidad
local normal a dA t .
Observe que la transferencia de exergía ocasionada por calor, X calor , es cero
para los sistemas adiabáticos, y que la transferencia de exergía por masa,
X masa , es cero para los sistemas que no involucran flujo másico a través de su
frontera (es decir, sistemas cerrados). La transferencia de exergía total es cero
para los sistemas aislados puesto que no involucran transferencia de calor, trabajo
o masa.
8-6 ■ PRINCIPIO DE DISMINUCIÓN DE EXERGÍA
Y DESTRUCCIÓN DE EXERGÍA
En el capítulo 2 se presentó el principio de conservación de la energía y se
indicó que ésta no puede crearse ni destruirse durante un proceso. En el capítulo
7 se estableció el principio de incremento de entropía, el cual puede considerarse
como uno de los enunciados de la segunda ley, y se indicó que esa entropía
puede ser creada pero no destruirse. Es decir, la generación de entropía S gen
debe ser positiva (en procesos reales) o cero (en procesos reversibles), pero no
puede ser negativa. Ahora estamos a punto de establecer un enunciado alternativo
de la segunda ley de la termodinámica, llamado principio de disminución
de exergía, el cual es la contraparte del principio de incremento de entropía.
Considere un sistema aislado como el que se muestra en la figura 8-30. Por
definición, ni calor, ni trabajo, ni masa pueden cruzar la frontera de un sistema
aislado, por lo tanto no hay transferencia de energía y entropía. Entonces los
balances de energía y entropía para un sistema aislado pueden expresarse como
Balance de energía:
Balance de entropía:
E 0 Q
ent E 0 Q
sal ¢E sistema S 0 E 2 E 1
S 0 Q
ent S 0 Q
sal S gen ¢S sistema S S gen S 2 S 1
FIGURA 8-29
La masa contiene energía, entropía y
exergía, por lo tanto el flujo másico
dentro o fuera de un sistema está acompañado
por una transferencia de energía,
entropía y exergía.
No hay transferencia de calor,
trabajo ni masa
Sistema aislado
ΔX aislado 0
(o X destruida 0)
FIGURA 8-30
El sistema aislado considerado en el
desarrollo del principio de disminución
de exergía.