Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
potencial son insignificantes. Determine a) la salida de potencia real, b) la
salida de potencia máxima posible, c) la eficiencia según la segunda ley, d)
la exergía destruida y e) la exergía del vapor en las condiciones de entrada.
Solución Se tiene una turbina de vapor de agua que opera en forma estacionaria
entre los estados especificados de entrada y salida. Se determinará
la salida de potencia real y máxima, la eficiencia según la segunda ley, la
exergía destruida y la exergía de entrada.
Suposiciones 1 Éste es un proceso de flujo estacionario porque no hay cambio
con el tiempo en cualquier punto, por lo tanto m VC 0, E VC 0 y X VC
0. 2 Las energías cinética y potencial son insignificantes.
Análisis Se considera a la turbina como el sistema, el cual es un volumen de
control porque la masa cruza su frontera durante el proceso. Se observa que
sólo hay una entrada y una salida, por lo tanto ṁ 1 ṁ 2 ṁ. Asimismo, el
calor se pierde hacia el aire de los alrededores y el sistema realiza trabajo.
Las propiedades del vapor de agua en los estados de entrada y de salida y
el estado del ambiente son
Estado de entrada:
Estado de salida:
Estado
muerto:
P 1 3 MP a
T 1 450 °C f h 1 3 344.9 kJ >kg
7.0856 kJ >kg # K
(Tabla A-6)
(Tabla A-6)
P 0 100 kP a
(Tabla A-4)
T 0 25 °C f h 0 h f a 25 °C 104.83 kJ >kg
s 0 s f a 25 °C 0.3672 kJ >kg # K
a) La salida real de potencia de la turbina es determinada de la forma de tasa
del balance de energía,
E # ent E # sal dE sistema /dt S0 (estacionario)
0
s 1
P 2 0.2 MP a
T 2 150 °C f h 2 2 769.1 kJ >kg
7.2810 kJ >kg # K
s 2
⎫
⎪⎬⎪⎭
Tasa de transferencia neta de energía
por calor, trabajo y masa
Tasa de cambio de energías interna,
cinética, potencial, etcétera
E # ent E # sal
m # h 1 W # sal Q # sal m # h 2 1dado que ec ep 02
W # sal m # 1h 1 h 2 2 Q # sal
18 kg>s2313 344.9 2 769.12 kJ>kg4 300 kW
4 306 kW
b) La salida de potencia máxima (potencia reversible) se determina a partir de la
forma de la tasa del balance de exergía aplicado sobre el sistema extendido (sistema
+ alrededores inmediatos), cuya frontera está a la temperatura ambiente
T 0 ; entonces, al igualar a cero el término de la destrucción de exergía,
S0 (reversible)
S0 (estacionario)
X # ent X # sal X # destruida dX sistema >dt 0
⎫ ⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎭
Tasa de transferencia neta de exergía Tasa de destrucción Tasa de cambio
por calor, trabajo y masa de exergía en exergía
X # ent X # sal
W # m # c 1 W #
rev,sal m # rev,sal X # 0 Q
calor m # c 2
1c 1 c 2 2
m # 31h 1 h 2 2 T 0 1s 1 s 2 2 ¢ec Q0 ¢ep Q0 4