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

Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C 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

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.

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

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

Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C 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

Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C 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.

Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C 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

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

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

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

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

Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C 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

Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C 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

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

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

Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C 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

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

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

Derechos reservados © McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C 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

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)