CAPÍTULO

7Exergía: medida del trabajo potencial

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7-1

FIGURA 7-1Si un sistema está en equilibrio con su ambiente, se dice que está en estado muerto.

AIRE

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7-2

PAPA CALIENTE

Alrededores inmediatos Ambiente

FIGURA 7-3El ambiente cercano a una papa caliente es, simplemente, la zona de gradiente de temperatura del aire próxima a la papa.

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7-3

FIGURA 7-8Conforme un sistema cerrado se expande, se requiere hacer algún trabajo para apartar el aire atmosférico del camino (Walred).

Aire

atmosférico

Aire

atmosférico

SistemaSistema

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7-4

FIGURA 7-10La diferencia entre el trabajo reversible y el trabajo útil real es la irreversibilidad.

Estado inicial

Estado finalProceso reversible

Proceso real

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7-5

FIGURA 7-15Dos máquinas térmicas con la misma eficiencia térmica, pero con distintas eficiencias térmicas máximas.

Fuente Fuente

Sumidero

t

t, máx t, máx

t

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FIGURA 7-16La 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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7-7

FIGURA 7-20La 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.

MÁQUINA

TÉRMICA

útil

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FIGURA 7-21La 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

Salidade trabajo

Medio frío

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Émbolo imaginario (representa al fluido aguas abajo)

Fluido enmovimiento

FIGURA 7-22La exergía del flujo de energía es el trabajo útil que sería ejecutado por un pistón imaginario en la sección de flujo.

eje

Aire atmosféricodesplazado

eje

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FIGURA 7-23El contenido de energía y de exergía de a) una masa fija y b) una corriente de fluido.

Energía:

Energía:

Exergía:

Exergía:

Masa fija

Flujo en movimiento

a) Masa fija (no en flujo)

b) Un flujo en movimiento

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FIGURA 7-26La eficiencia de Carnotc = 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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7-12

FIGURA 7-27La 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

Transferencia

de entropía

Transferencia

de exergía

Entropía

generada

Exergía

anulada

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FIGURA 7-29La 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

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FIGURA 7-30El 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

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FIGURA 7-32Mecanismos de transferenciade exergía para un sistema general.

entra sale

sistema

destruida

Masa

Calor

Trabajo

Masa

Calor

Trabajo

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FIGURA 7-33Balance 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

sistema

destruida

calor

calor trabajo destruida

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FIGURA 7-34La 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)

Alrededores

inmediatos

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FIGURA 7-42La 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.

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Alrededores

Volumende control

VC

trabajo

calor

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FIGURA 7-49La irreversibilidad asociada con un estudiante que estudia y ve una película en la televisión; dedica dos horas a cada actividad.Agudeza

mental

Agudeza

mental

Variación de la agudeza

mental con el tiempo

Variación de la agudeza

mental con el tiempo

Agudeza desperdiciada

(irreversibilidad)

Agudeza desperdiciada

(irreversibilidad)

Agudeza

requerida

para ver TV

Agudeza

requerida

para ver TV

Agudeza

requerida

para estudiar

Agudeza

requerida

para estudiar

Tiempo (h)Tiempo (h)

a) Primero estudiando b) Primero mirando TV

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7-20

FIGURA7-50Expresión 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)