Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

474
EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
Transferencia de exergía por trabajo:
X trabajo e W W alr
W
Transferencia de exergía por masa:
1para trabajo de frontera2
1para otras formas de trabajo2
X masa mc
donde
X
# #
calor 11 T 0 >T 2Q
# #
X trabajo W
X
# útil
#
masa m c
La exergía de un sistema aislado durante un proceso siempre
decrece o, en el caso límite de un proceso reversible, permanece
constante. Esto se conoce como el principio de disminución
de exergía y se expresa como
¢X aislado 1X 2 X 1 2 aislado 0
El balance de exergía para cualquier sistema que experimenta
cualquier proceso se expresa como
General: X ent X sal X destruida ¢X sistema
Transferencia neta de exergía Destrucción Cambio
por calor, trabajo y masa de exergía en exergía
Para un proceso reversible, el término de destrucción de exergía
X destruida desaparece. Al tomar la dirección positiva de la
transferencia de calor hacia el sistema, y la dirección positiva
de la transferencia de trabajo desde el sistema, las relaciones
generales de balance de exergía se pueden expresar más explícitamente
como
a a 1 T 0
T k
b Q k 3W P 0 1V 2 V 1 24
aent
m c asal
m c X destruida X 2 X 1
General, en
forma de tasa:
General, por
unidad de masa:
X # ent X # sal
⎫ ⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪⎬⎪⎭
⎫ ⎪⎬⎪⎭
⎫ ⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪⎬⎪⎭
X # destruida dX sistema >dt
Tasa de transferencia neta Tasa de destrucción Tasa de cambio
de exergía por calor, de exergía en exergía
trabajo y masa
1x ent x sal 2 x destruida ¢x sistema
a a 1 T 0
b Q
# # d V VC
k a W P
T 0 b
k dt
# # #
aent
m c asal
m c X destruida dX VC
dt
REFERENCIAS Y LECTURAS RECOMENDADAS
1. J. E. Ahern, The Exergy Method of Energy Systems Analysis,
Nueva York: John Wiley & Sons, 1980.
2. A. Bejan, Advanced Engineering Thermodynamics, 2a.
ed., Nueva York, Wiley Interscience, 1997.
3. A. Bejan, Entropy Generation through Heat and Fluid
Flow, Nueva York, John Wiley & Sons, 1982.
4. Y. A. Çengel, “A Unified and Intuitive Approach to Teaching
Thermodynamics”, ASME International Congress
and Exposition, Atlanta, Georgia, 17-22 de noviembre,
1996.PROBLEMAS*
PROBLEMAS*
Exergía, irreversibilidad, trabajo reversible
y eficiencia según la segunda ley
8-1C ¿Bajo qué condiciones el trabajo reversible es igual a
la irreversibilidad de un proceso?
8-2C ¿Qué estado final maximiza la salida de trabajo de un
dispositivo?
8-3C ¿Es diferente la exergía de un sistema en distintos
ambientes?
8-4C ¿Cómo se diferencia el trabajo útil del trabajo real?
¿En qué tipo de sistemas son idénticos?
8-5C Considere un proceso sin irreversibilidades. ¿El trabajo
útil real de este proceso será igual al trabajo reversible?
8-6C Considere dos pozos geotérmicos cuyos contenidos de
energía se estiman iguales. ¿Las exergías de estos pozos serán
necesariamente iguales? Explique.
8-7C Considere dos sistemas que están a la misma presión
que el ambiente. El primer sistema está a la misma temperatura
que el ambiente, mientras el segundo está a una temperatura
menor que el ambiente. ¿Cómo compararía las exergías
de estos dos sistemas?
* Los problemas marcados con “C” son preguntas de concepto, y se
exhorta a los estudiantes a contestarlas todas. Los problemas marcados
con una “E” están en unidades inglesas, y quienes utilizan unidades SI
pueden ignorarlos. Los problemas con un ícono son de comprensión
y se recomienda emplear un software como EES para resolverlos.