TALLER DE EXERGÍA

Por : CUSTODIO MADERA BERROCAL ALFREDO BARRIOS

DEFINA BREVE Y CONCISAMENTE EXERGÍA

La exergía es una propiedad termodinámica que permite determinar el potencial de trabajo útil de una determinada cantidad de energía que se puede alcanzar por la interacción espontánea entre un sistema y su entorno. Informa de la utilidad potencial del sistema como fuente de trabajo. Es el trabajo útil máximo que puede obtenerse del sistema en un estado y un ambiente especificados.

DESCRIBA O APLIQUE UN EJEMPLO DE EXERGÍATransferencia de exergía desde un hornoSe tiene un horno grande que puede transferir calor a una temperatura de 2 000 R a una tasa estacionaria de 3 000 Btu/s. Determine la tasa de flujo de exergía asociada con esta transferencia de calor. Suponga una temperatura ambiente de 77 °F.Solución: Un horno grande proporciona calor a una temperatura especificada. Se determinará la tasa de flujo de exergía.Análisis: En este ejemplo, el horno puede modelarse como un depósito térmico que suministra calor indefinidamente a una temperatura constante. La exergía de esta energía térmica es su potencial de trabajo útil, es decir, la máxima cantidad de trabajo posible que puede extraerse de él. Esto corresponde a la cantidad de trabajo que puede producir una máquina térmica reversible que opera entre el horno y el ambiente.

La eficiencia térmica de esta máquina térmica reversible es:

Es decir, una máquina térmica puede convertir en trabajo, en el mejor de los casos, 73.2 por ciento del calor recibido desde el horno. Por lo tanto, la exergía de este horno es equivalente a la potencia producida por la máquina térmica reversible:

Observe que 26.8 por ciento del calor transferido del horno no está disponible para realizar trabajo. La porción de energía que no puede convertirse en trabajo se llama energía no disponible, la cual simplemente es la diferencia entre la energía total de un sistema en un estado especificado y la exergía de esa energía.

DEFINA Y DE EJEMPLO DE UN PROCESO REVERSIBLE, IRREVERSIBLE Y SU RELACIÓN CON EL TRABAJO ( W ).

Un proceso reversible es aquel proceso que, después de ser llevado de un estado inicial a uno final, puede retomar sus propiedades originales mientras que  el concepto de irreversibilidad se aplica a aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles. un proceso es irreversible si el sistema y sus alrededores no pueden regresar  a su estado inicial. El trabajo conserva estrecha relación con estos conceptos puesto que si el proceso es reversible se obtiene  la cantidad máxima de trabajo útil del sistema y si no es así se destruye trabajo, es decir, cuando el sistema regresa a su estado inicial, el entorno cambia. Se ha realizado trabajo en el entorno.REVERSIBLE: IRREVERSIBLE:

DEFINA Y SUSTENTE LAS DIFERENCIAS ENTRE LA EFICIENCIA EN PRIMERA Y SEGUNDA LEY DE TERMODINAMICA

EN PRIMERA LEY, El desempeño o eficiencia se expresa en términos de la salida deseada y la entrada requerida (de la siguiente manera:

EN SEGUNDA LEY, el desempeño de los dispositivos definimos, Como la relación entre la eficiencia térmica real y la eficiencia térmica máxima posible (reversible). el cociente de la energía producida (en un ciclo de funcionamiento) y la energía suministrada a la máquina

La diferencia radica en el tipo de proceso puesto que en segunda ley el concepto de entropía condiciona la conversión y aprovechamiento de energía.

EXERGÍA DE FLUJOLa exergía asociada con la energía de flujo es el trabajo útil que entregaría un émbolo imaginario en la sección de flujo. El trabajo de flujo es esencialmente el trabajo de frontera realizado por un fluido sobre el fluido que está corriente abajo, por lo tanto la exergía asociada con el trabajo de flujo es equivalente a la exergía asociada con el trabajo de frontera, el cual es el exceso de trabajo de frontera realizado contra el aire atmosférico a Po para desplazarlo un volumen v.

EXERGÍA DESTRUIDALa exergía destruida representa el potencial de trabajo perdido y también se llama trabajo desperdiciado o trabajo perdido. Las irreversibilidades como la fricción, el mezclado, las reacciones químicas, la transferencia de calor debida a una diferencia finita de temperatura, la expansión libre, la compresión o expansión sin cuasiequilibrio, siempre generan entropía y cualquier cosa que genera entropía siempre destruye la exergía. La exergía destruida es proporcional a la entropía generada:

La naturaleza de la exergía es opuesta a la de la entropía, en la cual la exergía puede destruirse pero no puede crearse. Por consiguiente, el cambio de exergía de un sistema durante un proceso es menor que la transferencia de exergía por una cantidad igual a exergía destruida dentro de las fronteras del sistema durante el proceso.

BALANCE DE EXERGÍAEntonces el principio de disminución de exergía puedeexpresarse como:

Esta relación se conoce como el balance de exergía y puede definirse como:el cambio de exergía de un sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la transferencia neta de exergía a través de la frontera del sistema y la exergía destruida dentro de las fronteras del sistema como resultado de lasirreversibilidades.

SÍNTESIS El potencial de trabajo útil de un sistema en el estado especificadose llama exergía. El trabajo reversible Wrev se define como la cantidad máxima de trabajo útil

que puede producirse (o el trabajo mínimo que debe suministrarse) cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados inicial y final especificados.

La diferencia entre el trabajo reversible Wrev y el útil Wu se debe a las irreversibilidades presentes durante el proceso y se denomina irreversibilidad I, la cual es equivalente a la exergía destruida y se expresa como:

donde Sgen es la entropía generada durante el proceso

SÍNTESIS La exergía destruida representa el potencial de trabajo perdido y también se llama trabajo

desperdiciado o trabajo perdido. La eficiencia según la segunda ley es una medida del desempeño de un dispositivo con

relación a su desempeño en condiciones reversibles para los mismos estados inicial y final y está proporcionada por:

En general, la eficiencia según la segunda ley se expresa como:

SÍNTESIS Las exergías de una masa fija (exergía de no flujo) y de unacorriente de flujo se expresan como:

La exergía puede transferirse debido al calor, trabajo y flujo másico, y la transferencia de exergía acompañada de transferencia de calor, trabajo y masa están dadas por:

SÍNTESIS Transferencia de exergía por trabajo:

Transferencia de exergía por masa:

El principio de disminución de exergía:

SÍNTESIS El balance de exergía para cualquier sistema que experimenta cualquier proceso se expresa como:

Donde:

SÍNTESIS Para un proceso reversible, el término de destrucción de exergía Xdestruida desaparece. Al tomar la dirección positiva de la transferencia de calor hacia el sistema, y la dirección positiva de la transferencia de trabajo desde el sistema, las relaciones generales de balance de exergía se pueden expresar más explícitamentecomo: