Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 10
donde T b,entrada y T b,salida son las temperaturas de la frontera del sistema donde
el calor se transfiere tanto hacia dentro como hacia fuera del sistema, respectivamente.
La destrucción de exergía asociada a un ciclo depende de la magnitud de la
transferencia de calor con los depósitos de alta y baja temperatura involucrados,
así como de sus temperaturas. Se expresa por unidad de masa como
q salida q entrada
x destr T 0 a a (10-20)
T a b 1kJ >kg2
b ,salida T b ,entrada
Para un ciclo que sólo involucra transferencia de calor con una fuente a T H y
un sumidero a T L , la destrucción de exergía se vuelve
x destr T 0 a q salida
T L
q entrada
T H
b 1kJ>kg2
(10-21)
La exergía de un flujo de fluido c en cualquier estado puede determinarse a
partir de
c 1h h 0 2 T 0 1s s 0 2 V 2
gz 1kJ>kg2 (10-22)
2
donde el subíndice “0” denota el estado en que se hallan los alrededores.
EJEMPLO 10-7 Análisis de un ciclo Rankine ideal
con base en la segunda ley
Considere una planta eléctrica de vapor que opera en el ciclo Rankine ideal
simple (Fig. 10-20). El vapor entra a la turbina a 3 MPa y 350 °C, y se condensa
en el condensador a una presión de 75 kPa. El calor se suministra al
vapor en un horno que se mantiene a 800 K, y el calor de desecho se rechaza
al entorno a 300 K. Determine a) la destrucción de exergía correspondiente
a cada uno de los cuatro procesos y a todo el ciclo, y b) la eficiencia de la
segunda ley de este ciclo.
Solución Se considera una planta eléctrica de vapor que opera en el ciclo
Rankine ideal simple. Para las temperaturas especificadas de la fuente y del
sumidero, se deben determinar la destrucción de exergía correspondiente a
este ciclo y la eficiencia de la segunda ley.
Suposiciones 1 Existen condiciones de operación estacionarias. 2 Los cambios
en energías cinética y potencial son despreciables.
Análisis Tomamos como volumen de control la planta eléctrica colindante con
el horno a la temperatura T H , y el ambiente a la temperatura T 0 . Este ciclo se
analizó en el ejemplo 10-1, y se determinaron varias cantidades como q ent =
2 729 kJ/kg, w bomba,ent = 3.0 kJ/kg, w turb,sal = 713 kJ/kg, q sal = 2 019 kJ/kg, y
h tér = 26.0 por ciento.
a) Los procesos 1-2 y 3-4 son isentrópicos (s 1 s 2 , s 3 s 4 ), por consiguiente
no implican ninguna irreversibilidad interna o externa, esto es,
x destr,12 0 y x destr,34 0
Los pro ce sos 2-3 y 4-1 son de adi ción y re cha zo de ca lor a pre sión constan
te, res pec ti va men te, ade más de ser in ter na men te re ver si bles. Pe ro la transfe
ren cia de ca lor en tre el flui do de tra ba jo y la fuen te o el su mi de ro su ce de
de bi do a una di fe ren cia fi ni ta de tem pe ra tu ra, lo que ha ce irre ver si bles a
am bos pro ce sos. La irre ver si bi li dad aso cia da con ca da pro ce so se de ter mi na
a par tir de la ecua ción 10-19. La en tro pía del va por en ca da es ta do se de termi
na de las ta blas de va por:
s 2 s 1 s f a 75 kP a 1.2132 kJ >kg # K
s 4 s 3 6.7450 kJ >kg # K 1a 3 MPa, 350 °C2
q entrada
Caldera
2 3 MPa 3 MPa 3
w bomba,entrada
350 °C w turb,salida
Bomba
Turbina
75 kPa 4
1 75 kPa
Condensador
75 kPa
q salida
FIGURA 10-20
Esquema para el ejemplo 10-7.