CAPÍTULO
7
Exergía: medida del
trabajo potencial
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FIGURA 7-1
Si un sistema está en
equilibrio con su
ambiente, se dice que
está en estado muerto.
AIRE
7-1
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FIGURA 7-3
El ambiente cercano a
una papa caliente es,
simplemente, la zona
de gradiente de
temperatura del aire
próxima a la papa.
PAPA CALIENTE
Alrededores inmediatos
7-2
Ambiente
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FIGURA 7-8
Conforme un sistema cerrado se
expande, se requiere hacer algún
trabajo para apartar el aire atmosférico
del camino (Walred).
Aire
atmosférico
Aire
atmosférico
Sistema
Sistema
7-3
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FIGURA 7-10
La diferencia entre
el trabajo reversible
y el trabajo útil real
es la
irreversibilidad.
Estado inicial
Proceso real
Proceso reversible
7-4
Estado final
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FIGURA 7-15
Dos máquinas
térmicas con la
misma
eficiencia
térmica, pero
con distintas
eficiencias
térmicas
máximas.
Fuente
Fuente
t
t
t, máx
t, máx
Sumidero
7-5
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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.
7-6
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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.
7-7
útil
MÁQUINA
TÉRMICA
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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.
Atmósfera
MÁQUINA
TÉRMICA
Medio frío
7-8
Salida
de trabajo
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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.
Émbolo imaginario
(representa al fluido
aguas abajo)
Fluido en
movimiento
eje
Aire atmosférico
desplazado
7-9
eje
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FIGURA 7-23
El contenido de
energía y de exergía
de a) una masa fija y
b) una corriente de
fluido.
Energía:
Masa fija
Exergía:
a) Masa fija (no en flujo)
Energía:
Flujo en
movimiento
Exergía:
7-10
b) Un flujo en movimiento
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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
7-11
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MEDIO 1
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 2
Pared
Transferencia
de calor
Entropía
generada
Transferencia
de entropía
Exergía
anulada
Transferencia
de exergía
7-12
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FIGURA
7-29
La masa
contiene
energía,
entropía y
Volumen de control
exergía y, por
tanto, al fluir
hacia dentro o
fuera de un
sistema va
acompañada
de energía,
entropía y
transferencia
de exergía.
7-13
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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
7-14
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FIGURA 7-32
Mecanismos de
transferencia
de exergía para un
sistema general.
entra
Masa
sale
sistema
Calor
Trabajo
7-15
Masa
Calor
destruida
Trabajo
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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.
trabajo
sistema
destruida
calor
calor
7-16
trabajo
destruida
sistema
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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.
Alrededores
externos
(ambiente)
Alrededores
inmediatos
SISTEMA
7-17
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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.
Alrededores
trabajo
Volumen
de control
VC
calor
7-18
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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
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 estudiar
Agudeza
requerida
para ver TV
Agudeza
requerida
para ver TV
Agudeza
requerida
para estudiar
Tiempo (h)
a) Primero estudiando
7-19
Tiempo (h)
b) Primero mirando TV
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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)
7-20
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