Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 8
Los argumentos presentados en esta sección son de naturaleza exploratoria,
se espera que den pie a algunas interesantes discusiones e investigaciones que
puedan conducir a un mejor entendimiento acerca del desempeño en diversos
aspectos de la vida cotidiana. Con el tiempo la segunda ley podría emplearse
para determinar cuantitativamente la manera más efectiva de mejorar la calidad
de vida y el desempeño cotidiano, del mismo modo que se emplea en el
presente para mejorar la realización de los sistemas técnicos.
RESUMEN
El contenido de energía del universo es constante, al igual que para máquinas térmicas y otros dispositivos productores de
su contenido de masa. Sin embargo, en tiempos de crisis se trabajo, y
nos bombardea con discursos y artículos sobre “cómo conservar”
la energía. Al igual que los ingenieros, sabemos que la
COP W rev
energía realmente se conserva, pero lo que no se conserva es
II
COP rev W u
la exergía, la cual es el potencial de trabajo útil de la energía.
Transferencia
h tér
h II W u
de exergía
T 0
h tér,rev W
X
por calor: calor 1
re v T Q
Una vez desperdiciada la exergía, nunca se recupera. Cuando
se usa energía (para calentar las casas, por ejemplo) no se destruye
nada de energía, únicamente se convierte en una forma
para refrigeradores, bombas de calor y otros dispositivos que
consumen trabajo. En general, la eficiencia según la segunda
ley se expresa como
menos útil, una forma con menor exergía.
El potencial de trabajo útil de un sistema en el estado especificado
se llama exergía, la cual es una propiedad y se asocia II
1
Exergía recuperada Exergía destruida
Exergía gastada
Exergía gastada
con el estado del sistema y de los alrededores. Un sistema que
se encuentra en equilibrio con sus alrededores tiene exergía
Las exergías de una masa fija (exergía de no flujo) y de una
cero y se dice que está en el estado muerto. La exergía de
corriente de flujo se expresan como
calor suministrado por las fuentes de energía térmica es equivalente
a la salida de trabajo de una máquina térmica de Carnot
que opera entre la fuente y el ambiente.
0 P 0 v v 0 T 0 s s 0 gz
V 2
Exergía u u
de
2
El trabajo reversible W rev se define como la cantidad
no flujo: e e 0 P 0 v v 0 T 0 s s 0
máxima de trabajo útil que puede producirse (o el trabajo
mínimo que debe suministrarse) cuando un sistema experimenta
un proceso entre los estados inicial y final especifica-
Exergía de h h 0 T 0 s s 0
V 2
dos. El trabajo reversible es la salida (o entrada) de trabajo flujo:
2
gz
útil obtenido cuando el proceso entre los estados inicial y final Entonces, el cambio de exergía de una masa fija o de un flujo
se ejecuta de una manera totalmente reversible. La diferencia
entre el trabajo reversible W rev y el útil W u se debe a las estado 2 está determinado por
de fluido cuando experimenta un proceso de un estado 1 a un
irreversibilidades presentes durante el proceso y se denomina
irreversibilidad I, la cual es equivalente a la exergía destruida X X 2 X 1 m 2 1
y se expresa como
E 2 E 1 P 0 V 2 V 1 T 0 S 2 S 1
I X destruida T 0 S gen W rev,sal – W u,sal W u,ent – W rev,ent
U 2 U 1 P 0 V 2 V 1 T 0 S 2 S 1
donde S gen es la entropía generada durante el proceso. Para
un proceso totalmente reversible, los términos de trabajo
m V 2 2 V 1
2 mg z
2
2 z 1
útil y reversible son idénticos, por lo tanto la destrucción de
exergía es cero. La exergía destruida representa el potencial 2 1 h 2 h 1 T 0 s 2 s 1
de trabajo perdido y también se llama trabajo desperdiciado
V 2 2 V 2 1
o trabajo perdido.
La eficiencia según la segunda ley es una medida del desempeño
2
g z 2 z 1
de un dispositivo con relación a su desempeño en
condiciones reversibles para los mismos estados inicial y final
y está proporcionada por
La exergía puede transferirse debido al calor, trabajo y flujo
másico, y la transferencia de exergía acompañada de transferencia
de calor, trabajo y masa están dadas por