Análisis de Exergía Alejandra Álvarez del Castillo Mauricio Escalante Soberanis Hugo Cortina Marrero

Contenido 1. Introducción. 2. Sistema sin flujos. 3. Sistemas con flujos. 4. Análisis generalizado de exergía. 5. Aplicación: Sistemas y procesos de acondicionamiento de aire.

Introducción Análisis de exergía: Emplear primera ley y segunda ley para el análisis de exergía y la generación de entropía en el caso irreversible. Análisis de procesos de transferencia de calor, transferencia de trabajo, y transferencia de masa, donde se puede alcanzar equilibrio térmico, mecánico y químico.

Sistemas sin flujos Sistema: mezcla de sustancias: N1, N2,…,Nn moles de n constituyentes. Estado inicial del sistema: T, P y n potenciales químicos: Estado del medio ambiente: T0, P0 y n potenciales químicos:

¿Máximo trabajo útil que se puede producir cuando el Sistema y el Medio Ambiente alcancen el mutuo equilibrio?

Ecuaciones: (Primera Ley de la Termodinámica) (Segunda Ley de la Termodinámica)

Trabajo total ( ) = Trabajo sobre el medio ambiente (P0dV/dt) + Trabajo útil ( ). =0

Definamos dos estados finales: Estado muerto restringido: Equilibrio térmico y mecánico. 2. Estado muerto: Equilibrio térmico, mecánico y químico. Comparando: : Exergía Química Sin Flujo:

Sistemas con Flujos

(Primera Ley de la Termodinámica) (Segunda Ley de la Termodinámica)

Donde: : Fracción molal del constituyente i-ésimo en la mezcla de entrada. Exergía cuando se alcanza el estado muerto restringido:

Análisis Generalizado de Exergía

Trabajo realizado por el sistema en cada instante: El máximo trabajo extraíble en cada instante: exergía asociada a interacción del sistema con el reservorio: exergía asociada a interacción del sistema con los reservorios: exergía asociada al paso del flujo por el sistema

Relación entre las exergías física, química y total, sin flujos: Relación entre las exergías física, química y total, con flujos:

Nombres, símbolos y definiciones de exergías:

Acondicionamiento de aire Fluido de trabajo: aire atmosférico: aire seco (a) y vapor de agua (v). Objetivo: Llevar mezcla de aire húmedo a temperatura y composición diferente del aire atmosférico. Aire húmedo (gas ideal) = Aire seco (gas ideal) + Vapor de agua (gas ideal) Aire seco: Ra = 0.287 kJ/kg K cp,a = 1.003 kJ/kg K Ma = 28.97 kg/kmol Vapor de agua: Rv = 0.461 kJ/kg K cp,v = 1.872 kJ/kg K Mv =18.015 kg/kmol T = 300K

Estado de mezcla de aire seco y vapor de agua: Alternativas para describir composición del aire húmedo: Humedad específica o razón de humedad: Razón de fracciones molales: Relaciones:

Humedad Relativa: Definiendo:

Exergía de flujo total de aire húmedo La exergía de flujo total por mol de la mezcla de aire húmedo

Si se usa los términos w y wo y para describir la composición de la mezcla actual y del estado muerto, y además se reporta la exergía de flujo total por kilogramo de aire húmedo, se tiene: La exergía de flujo total de la corriente o aire húmedo puede escribirse suponiendo y w = 0, como:

La exergía del flujo total del agua liquida. Para el agua liquida se tiene: poniendo el resultado en unidad de masa

si hacemos que

Proceso de refrigeración por evaporación Consideremos como ejemplo un sistema de flujo constante, el cual funciona en bajar la temperatura de una corriente del aire seco mezclándola con un chorrito del agua. El ultimo se evapora y se convierte en parte de la mezcla húmeda del aire que sale del compartimiento adiabático.

La conservación del agua en el estado constante 1. ¿cuanta agua es necesaria para disminuir la temperatura de la mezcla saliente a T2 ?

Cociente de la humedad necesaria en la temperatura de salida 2. ¿Cuánta exergía es destruida durante el proceso de refrigeración evaporativo? La eficiencia del proceso de refrigeración evaporativo es:

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