termoeconomía y optimización energética

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

1TOE2009 c02 Revisión de termodinámica

Termoeconomía y optimización energética



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.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.



Ambiente

Entorno

Sistema

Fronteras de análisis



Abierto

m

Q

W

Cerrado

m

Q

W

Aislado

m

Q

W

Tipos de sistemas



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



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



p

T

s

h

p

v

IsocóricaIsotermaIsobaraIsoentálpicaIsoentrópicaAdiabática

Tipos de transformaciones



Intercambio de:

Propiedades intensivas

Calor Trabajo Materia

Equilibrio termodinámico Constante

Estado permanenteConstante

Equilibrio vs Estado Permanente



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



Energía entrante = Energía saliente + Energía acumulada

UWQ

mgz

2.2

1Cm

1er principio termodinámica



EnergíaEquipo

• Humos• Calor• Sonidos

Trabajo

= We/Wt < 1

Pérdidas

Ej. Balance Energía



Gasolina325 g/kWhe

5900 We

= We/Wt < 1

Humos

Orion LT500EC

Ej. Balance Energía



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



- 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



0 ie dSdSdSAmbiente

Interna

T

dQdSe 0idS

lnkSAproximación estadística:

2º ppio: Formulación matemática



Proceso Real

Proceso Ideal

T

dQdS

Reversibilidad

Irreversibilidad

02

1

2

1

12 T

dQdSSSS rev

Adiabático

Reversibilidad e irreversibilidad



Materia: Entrante – Saliente – Acumulada = 0

Energía: Entrante – Saliente – Acumulada = 0

Entropía: Entrante – Saliente – Acumulada = Generada

Exergía: Entrante – Saliente – Acumulada = Destruida

Balances

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