Exergía: medida del trabajo potencial

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1 Exergía: medida del trabajo potencial
CAPÍTULO 7 Exergía: medida del trabajo potencial

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Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-1 FIGURA 7-1 Si un sistema está en equilibrio con su ambiente, se dice que está en estado muerto. AIRE

3 Alrededores inmediatos Ambiente
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-2 PAPA CALIENTE Alrededores inmediatos Ambiente FIGURA 7-3 El ambiente cercano a una papa caliente es, simplemente, la zona de gradiente de temperatura del aire próxima a la papa.

4 Aire atmosférico Sistema
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-3 FIGURA 7-8 Conforme un sistema cerrado se expande, se requiere hacer algún trabajo para apartar el aire atmosférico del camino (Walred). Aire atmosférico Sistema

5 Estado inicial Proceso real Proceso reversible Estado final
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-4 FIGURA 7-10 La diferencia entre el trabajo reversible y el trabajo útil real es la irreversibilidad. Estado inicial Estado final Proceso reversible Proceso real

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Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-5 FIGURA 7-15 Dos máquinas térmicas con la misma eficiencia térmica, pero con distintas eficiencias térmicas máximas. Fuente Sumidero t t, máx

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Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-6 FIGURA 7-16 La segunda ley de la eficiencia es una medida del rendimiento de un equipo relacionada con su rendimiento en condiciones de reversibilidad.

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Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. FIGURA 7-20 La exergía de una masa específica en un estado específico es el trabajo útil que puede producirse conforme la masa pasa por un proceso reversible al estado del ambiente. útil MÁQUINA TÉRMICA 7-7

9 Atmósfera Salida de trabajo MÁQUINA TÉRMICA Medio frío
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-8 FIGURA 7-21 La exergía de un medio frío también es una cantidad positiva porque el trabajo se puede producir con la transferencia de calor hacia él. MÁQUINA TÉRMICA Atmósfera Salida de trabajo Medio frío

10 Émbolo imaginario (representa al fluido aguas abajo) Fluido en
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-9 Émbolo imaginario (representa al fluido aguas abajo) Fluido en movimiento FIGURA 7-22 La exergía del flujo de energía es el trabajo útil que sería ejecutado por un pistón imaginario en la sección de flujo. eje Aire atmosférico desplazado

11 a) Masa fija (no en flujo)
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-10 FIGURA 7-23 El contenido de energía y de exergía de a) una masa fija y b) una corriente de fluido. Energía: Exergía: Masa fija Flujo en movimiento a) Masa fija (no en flujo) b) Un flujo en movimiento

12 Contenido de energía: E Exergía
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-11 FIGURA 7-26 La eficiencia de Carnot c = 1 - T0 /T representa la fracción de la energía de una fuente de calor a la temperatura T que puede convertirse en trabajo en un ambiente a la temperatura T0 . FUENTE TÉRMICA Temperatura: T Contenido de energía: E Exergía

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Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-12 FIGURA 7-27 La transferencia y destrucción de exergía durante un proceso de transferencia de calor a través de una diferencia finita de temperatura. MEDIO 1 MEDIO 2 Pared Transferencia de calor de entropía de exergía Entropía generada Exergía anulada

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Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-13 FIGURA 7-29 La masa contiene energía, entropía y exergía y, por tanto, al fluir hacia dentro o fuera de un sistema va acompañada de energía, entropía y transferencia de exergía. Volumen de control

15 No hay transferencia de calor, trabajo ni masa
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-14 FIGURA 7-30 El sistema aislado considerado en el desarrollo de la disminución del principio de exergía. No hay transferencia de calor, trabajo ni masa Sistema aislado aislado destruida

16 entra sale sistema destruida Masa Calor Trabajo
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-15 FIGURA 7-32 Mecanismos de transferencia de exergía para un sistema general. entra sale sistema destruida Masa Calor Trabajo

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Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-16 FIGURA 7-33 Balance de exergía para un sistema cerrado cuando la dirección de transferencia de calor se considera hacia el sistema y la dirección del trabajo es desde el sistema. sistema trabajo destruida calor

18 Alrededores externos (ambiente) inmediatos SISTEMA
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-17 FIGURA 7-34 La exergía destruida fuera de los límites del sistema puede contabilizarse para establecer un balance de exergía en el sistema extendido, que incluye al sistema y a su ambiente inmediato. SISTEMA Alrededores externos (ambiente) inmediatos

19 Alrededores Volumen de control
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. FIGURA 7-42 La exergía se transfiere hacia dentro o hacia fuera de un volumen de control por la masa, así como por la transferencia de calor y de trabajo. 7-18 Alrededores Volumen de control VC trabajo calor

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Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-19 FIGURA 7-49 La irreversibilidad asociada con un estudiante que estudia y ve una película en la televisión; dedica dos horas a cada actividad. Agudeza mental Variación de la agudeza mental con el tiempo Agudeza desperdiciada (irreversibilidad) requerida para ver TV para estudiar Tiempo (h) a) Primero estudiando b) Primero mirando TV

21 Me ha sido impuesto; no puedo rechazarlo
Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. Se requiere permiso para reproducir o proyectar. 7-20 FIGURA 7-50 Expresión poética de la exergía y de su destrucción. Tengo sólo un minuto, Sólo 60 segundos en él. Me ha sido impuesto; no puedo rechazarlo No lo he buscado, no lo he elegido. Pero es mío para usarlo, Debo sufrir si lo pierdo. Dar cuentas si abuso de él, Sólo un pequeño minuto; Pero la eternidad está en él. (Anónimo)