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1TOE2009 c02 Revisión de termodinámica
Termoeconomía y optimización energética
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2TOE2009 c02 Revisión de termodinámica
Temario
Introducción
Revisión de termodinámica
La exergía
Determinación de exergía
Balances y Álgebra lineal
El coste exergético
Análisis termoeconómico
Optimización termoeconómica
Integración energética
1.
2.
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3TOE2009 c02 Revisión de termodinámica
Ambiente
Entorno
Sistema
Fronteras de análisis
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4TOE2009 c02 Revisión de termodinámica
Abierto
m
Q
W
Cerrado
m
Q
W
Aislado
m
Q
W
Tipos de sistemas
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5TOE2009 c02 Revisión de termodinámica
Sistema
Estado: Condición de un sistema definida por el conjunto de sus propiedades.
Propiedades: Características macroscópicas de un sistema a las que puede asignarse un valor en un instante dado sin un conocimiento previo de la historia del sistema:
masa, vol, energía, presión, temperatura.
Estado de un sistema
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6TOE2009 c02 Revisión de termodinámica
Cantidad de materiaAditivas
Extensivas específicas (/masa)molares (/cantidad de sustancia)
Intensivas
MayúsculasVMUHSB
Minúsculasp T
Notación: Por unidad de tiempo (con un punto encima)
Por unidad de masa (minúsculas)
Por cantidad de sustancia (con una tilde encima)
Propiedades del sistema y notación
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7TOE2009 c02 Revisión de termodinámica
p
T
s
h
p
v
IsocóricaIsotermaIsobaraIsoentálpicaIsoentrópicaAdiabática
Tipos de transformaciones
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Intercambio de:
Propiedades intensivas
Calor Trabajo Materia
Equilibrio termodinámico Constante
Estado permanenteConstante
Equilibrio vs Estado Permanente
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0 - Temperatura
1 - Energía
2 - Entropía
3 – Entropía Absoluta
Equilibrio térmico
Conservación energía
Entropía dSi 0
S = 0 a T= 0 K
Balances
Entropía >0
Exergía < 0
Energía = 0
Principios de la termodinámica
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10TOE2009 c02 Revisión de termodinámica
Energía entrante = Energía saliente + Energía acumulada
UWQ
mgz
2.2
1Cm
1er principio termodinámica
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EnergíaEquipo
• Humos• Calor• Sonidos
Trabajo
= We/Wt < 1
Pérdidas
Ej. Balance Energía
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Gasolina325 g/kWhe
5900 We
= We/Wt < 1
Humos
Orion LT500EC
Ej. Balance Energía
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Kelvin-Planck: Es imposible la existencia de una máquina cíclica que realice trabajo sin más que tomar calor de un sólo foco
Q
W
Q
Q T frío
T caliente
Q T frío
T calienteQ
W
C implica K-PK-P implica C
Qf
Qf T frío
T calienteQc
Qf
W=Qc-Qf
Clausius: Es imposible la existencia de una máquina que haga pasar calor de un cuerpo frío a otro más caliente sin consumir trabajo
2º Principio termodinámica
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- Transferencia de calor a través de una diferencia finita de temperaturas- Expansión libre de un gas o líquido a una presión más baja- Reacción química espontánea- Mezcla espontánea de sustancias diferentes- Rozamiento (deslizamiento y viscosidad)- Electricidad a través resistencia- Histéresis- Deformación inelástica
Todos los procesos reales son irreversibles
Entonces, ¿qué interés tienen los procesos ideales?
Un proceso es reversible si el sistema y todas las partes de su entorno pueden devolverse exactamente a sus estados iniciales después de que el proceso haya tenido lugar
2º ppio Reversible vs Irreversible
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0 ie dSdSdSAmbiente
Interna
T
dQdSe 0idS
lnkSAproximación estadística:
2º ppio: Formulación matemática
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Proceso Real
Proceso Ideal
T
dQdS
Reversibilidad
Irreversibilidad
02
1
2
1
12 T
dQdSSSS rev
Adiabático
Reversibilidad e irreversibilidad
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Materia: Entrante – Saliente – Acumulada = 0
Energía: Entrante – Saliente – Acumulada = 0
Entropía: Entrante – Saliente – Acumulada = Generada
Exergía: Entrante – Saliente – Acumulada = Destruida
Balances