Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
27 °C
20° C
Muro
de ladrillo
·
Q
30 cm
FIGURA 8-36
Esquema para el ejemplo 8-10.
0 °C
5 °C
EJEMPLO 8-10 Destrucción de exergía durante
conducción de calor
Considere la transferencia de calor estacionaria a través del muro de ladrillo de
una casa, el cual mide 5 6 m con un espesor de 30 cm. La casa se mantiene
a 27 °C en un día en que la temperatura del exterior es 0 °C. Se miden
las temperaturas de las superficies interior y exterior del muro en 20 °C y 5 °C,
respectivamente, mientras la tasa de transferencia de calor a través del muro es
de 1 035 W. Determine la tasa de destrucción de exergía en el muro y la de destrucción
de exergía total asociada con este proceso de transferencia de calor.
Solución Se considera la transferencia estacionaria de calor a través de un
muro. Para la tasa de transferencia de calor especificada, las temperaturas de las
superficies del muro y las condiciones ambientales, se determinará la tasa de
destrucción de exergía dentro del muro y la tasa de destrucción de exergía total.
Suposiciones 1 El proceso es estacionario, por lo tanto la tasa de transferencia
de calor a través del muro es constante. 2 El cambio de exergía del muro es
cero durante este proceso porque el estado y por ende la exergía de este muro
no cambian en ninguna parte. 3 La transferencia de calor a través del muro
es unidimensional.
Análisis Se considera primero al muro como el sistema (Fig. 8-36), el cual
es cerrado porque la masa no cruza su frontera durante el proceso. Se observa
que el calor y la exergía entran por un lado del muro y salen por el otro.
Si se aplica al muro la forma de tasa del balance de exergía se obtiene
X
# ent X
# sal X
# destruida dX sistema >dt 0
¡
0 (estable)
T asa de transferencia neta de T asa de destrucción T asa de cambio
ex er gía por calor , trabajo y masa de exergía de exergía
Q
# a 1 T 0
T b Q
# a 1 T 0
ent T b sal
#
X destruida 0
11 035 W 2a1 273 K
273 K
b 11 035 W 2a1
293 K 278 K b X
#
destruida 0
Resolviendo, la tasa de destrucción de exergía en el muro se determina como
#
X destruida 52.0 W
Observe que la transferencia de exergía a causa de calor en cualquier lugar
es (1 T 0 /T)Q en dicho sitio y que la dirección de la transferencia de exergía es
igual a la dirección de la transferencia de calor.
Para determinar la tasa de destrucción de exergía total durante este proceso
de transferencia de calor, se extiende el sistema para incluir las regiones en
ambos lados del muro que experimentan un cambio de temperatura. Entonces
un lado de la frontera del sistema estará a la temperatura de la habitación
mientras el otro, a la temperatura exterior. El balance de exergía para este
sistema extendido (sistema alrededores inmediatos) es igual al establecido
anteriormente excepto en que las dos temperaturas de frontera son 300 y 273
K, respectivamente, en lugar de 293 y 278 K. Entonces la tasa de destrucción
de exergía total es
#
X destruida,total 11 035 W 2a1 273 K
273 K
b 11 035 W 2a1
300 K 273 K b 93.2 W
La diferencia entre las dos destrucciones de exergía es 41.2 W y representa la
exergía destruida en las capas del aire que se hallan en ambos lados del muro.
La destrucción de exergía en este caso se debe completamente a la transferencia
de calor irreversible debida a una diferencia finita de temperatura.