UNIVERSIDADNACIONALDE CAJAMARCA
ESCUELAPROFESIONALDEINGENIERADE MINAS
FISICOQUIMICA
TEMA: EXERGIA
Profesor:Ing.MOSQUEIRA ESTRAVER, HUGO
Integrantes:
HUARIPATA SANGAY, ROBERT TERAN CHILON, OSWALDO TERAN TOLEDO,
FERNANDO VARGAS ASENCIO, EROS
CAJAMARCA JUNIO2014
DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
INDICE1.INTRODUCCIN...........................................................................................................................................................................................................2
2.PLANTEAMIENTO DEL
PROBLEMA.......................................................................................................................................................................3
3.
OBJETIVOS....................................................................................................................................................................................................................34.MARCO
TERICO.....................................................................................................................................................................................................44.1
EXERGAYANERGA............................................................................................................................................................7
4.2
ESTADOMUERTO...................................................................................................................................................................8
4.3
IRREVERSIBILIDAD..........................................................
............................................................95.DEDUCCIONDELAEXPRESIN............................................................................................................................................................................96.LEYDEPRDIDADEEXERGA..............................................................................................................................................................................106.1.FORMULACIN........................................................................................................................117.PRINCIPIODEDISMINUCINYDETRUCCINDELAEXERGA..............................................................................................................117.1.PRINCIPIODEDISMINUCIN.................................................................................................117.2.PRINCIPIODEDESTRUCCIN:...............................................................................................128.EXERGADEUNSISTEMACERRADO................................................................................................................................................................138.1.PRIMERAFUNCIONGOUYODARRIEUS.............................................................................138.2.EXERGADEUNSISTEMACERRADOATO.........................................................................149.EXERGADEUNSISTEMAABIERTO....................................................................................................................................................................159.1.SEGUNDAFUNCIONGOUYODARRIEUS............................................................................1510.EXERGADELCALOR..........................................................................................................................................................................................1611.BALANCEEXERGTICO......................................................................................................................................................................................1611.1.BALANCEENSISTEMASCERRADOS....................................................................................1711.2.BALANCEENSISTEMASABIERTOS.......................................................................................1712.EFICIENCIAEXERGTICA.................................................................................................................................................................................1812.1.EFICIENCIAPARAMQUINASTRMICAS:..........................................................................2012.2.EFICIENCIAPARAREFRIGERADORESOBOMBASDECALOR:.......................................2012.3.RENDIMIENTOEXERGTICOPARAUNCICLOIRREVERSIBLEDECARNOT...............2113.TRANSFERENCIADEEXERGA........................................................................................................................................................................2213.1.EXERGATRANSPORTADAPORMASA..................................................................................2213.2.EXERGATRANSFERIDAPORCALORYTRABAJO.............................................................2314.CONCLUSIONES
...................................................................................................................................................................................................2515.BIBLIOGRAFA........................................................................................................................................................................................................27
PGINAS
WEB..........................................................................................................................................................................................................27
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
1.RESUMEN
Muchas formas de energa y transformaciones de energa intervienen
en un proceso. Aunque todas obedecen la primera ley de la
termodinmica, diferencias se asoman en el tratamiento prctico y
terico de varios tipos de energa y transformaciones de energa
debido a la segunda ley de la termodinmica. La segunda da ley es
importante para la definicin de eficiencia as como la correcta
cuantificacin de las diferentes formas de energa que pueden ser
transformadas en trabajo.Los tipos de energa se dividen en dos
grupos de acuerdo a la posibilidad de ser convertidas en otros
tipos. La clasificacin de formas de energa es un problema fsico,
aqu se hace en base a la entropa, utilizada como una medida de las
transformaciones de energa. El primer grupo se compone de las
formas de energa que pueden transformarse en otras sin ningn lmite
y el segundo es de aquellas que no pueden transformarse
completamente.Las entropas del primer grupo son igual a cero. Y
este tipo de energa es considerada como energa ordenada. La entrada
o salida de calor a un cuerpo no cambia este tipo de energa.La
energa del segundo grupo no tiene entropa cero, y se conoce como
energa desordenada. La energa desordenada a diferencia de la
ordenada es alterada con entradas o salidas de calor. La segunda
ley de la termodinmica permite transformaciones donde halla
incremento de entropa o no haya cambiado (reversibilidad). Por ello
todas las formas de energa ordenadas se pueden convertir en otra
forma por tener entropa cero, mientras que las energas desordenadas
no se pueden convertir en otras formas que tengan menor entropa, y
en particular no pueden transformarse en energa ordenadas.La medida
general de cualquier tipo de energa es llamada exerga. Este
concepto nos permite expresar cualquier tipo de energa es llamada
exerga. Este concepto nos permite expresar cualquier forma de
energa del segundo grupo en trminos de energa del primer grupo.
ABSTRAC:
Energy types are divided into two groups according to the
possibility of being converted into other. The classification of
forms of energy is a physical problem, here is made based on
entropy, used as a measure of energy transformations. The first
group consists of forms of energy that can be transformed into
other without limit and the second is for those who can not fully
transformed.The entropies of the first group are zero. And this
energy is considered "ordered energy". The input or output of heat
to a body does not change this energy.The energy of the second
group has zero entropy, and is known as "disordered energy". The
disordered energy unlike the ordinate is altered with heat inputs
or outputs. The second law of thermodynamics allows transformations
where entropy is increased or did not change (reversibility).
Therefore all forms of ordered energy can be converted to another
form by having zero entropy, while the disordered energy can not be
converted into other forms that have lower entropy, and in
particular can not be transformed into ordered energy.The overall
measure of any kind of energy is called exergy. This concept allows
us to express any kind of energy is called exergy. This concept
allows us to express any form of energy in the second group in
terms of energy the first group.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
2.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el mundo , existe desde hace tiempo un gran temor por los
elevados costos sociales y medioambientales asociados a la energa.
A causa de estos problemas que estn afectando al medio ambiente ha
crecido el inters y la preocupacin por buscar e implementar nuevas
tendencias apuntadas hacia el desarrollo de productos, procesos y
tecnologas que generen un impacto ambiental reducido, como el
ahorro de energa, la reduccin de emisiones, el tratamiento de
efluentes, entre otras.Sin embargo, para el caso de los procesos de
produccin ya establecidos, las alternativas son aplicar estudios
para contabilizar los posibles impactos al medio ambiente e
identificar soluciones viables que permitan enmarcar los procesos
dentro de un sistema de desarrollo sostenible.Hoy da, son pocos los
estudios que se han hecho relacionados con el anlisis exergtico en
la industria, por lo tanto, no es posible encontrar gran cantidad
de material bibliogrfico.Es por eso que se vio la oportunidad de
realizar un anlisis de la exerga. Se denomina exerga a la cantidad
mxima de energa que puede transformarse en trabajo til, entendiendo
por til el que no se emplea en actuar contra el ambiente,
conociendo esto se puede optimizar el trabajo ; reduciendo los
costos para la empresa y por lo tanto al consumidor.
3.OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL:Explicar de forma detallada la
reversibilidad y disponibilidad de la energa, en forma de mquinas
trmicas para optimizar el trabajo. 3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS:
Describir una metodologa detallada para el desarrollo del anlisis
exergtico del proceso termodinmico.
Realizar el anlisis exergtico en cada tipo de mquina trmico.
Identificar y cuantificar considerables prdidas de energa.
Proponer recomendaciones que permitan un mejor uso de la energa
de modo que el proceso de produccin de la planta sea ms eficiente y
econmico.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
4.MARCO TERICO
CONCEPTOS BASICOSEnergaEl trminoenerga(delgriego [enrgueia],
actividad, operacin; de [energs], fuerzade accin o
fuerzatrabajando) tiene diversas acepciones y definiciones,
relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o
poner enmovimiento.Enfsica, energa se define como la capacidad para
realizar untrabajo.
Exerga Laexergaes una medida de la disponibilidad de la energa.
La idea es que parte de la energa de un sistema se puede aprovechar
para realizar trabajo mecnico, elctrico o de otro tipo. El segundo
principio de la termodinmica nos establece limitaciones en cuanto a
la cantidad de trabajo que podemos realizar. Pero existe adems una
limitacin prctica en cuanto a que slo se puede realizar trabajo si
el sistema almacena una energa respecto al ambiente que le
rodea.Por ejemplo, consideremos el agua situada en un embalse a
cierta altura. Este agua puede emplearse para mover turbinas y
generar energa elctrica, pero, una vez que todo el agua ha bajado
al nivel del mar, ya no se puede seguir aprovechando. Hay un lmite
en la energa disponible asociado a la diferencia de altura entre el
agua del embalse y el entorno. Cuando este desnivel desaparece, ya
no hay ms energa disponible.Supongamos un recipiente que contiene
un gas a alta presin y alta temperatura. Si hacemos un orificio en
el recipiente y dejamos que salga el aire a la atmsfera, perdemos
toda la energa disponible, ya que rpidamente su presin se iguala a
la atmosfrica y en poco tiempo su temperatura se iguala la del aire
que lo rodea. Hemos desperdiciado toda la energa disponible o
exerga.Se denomina exerga a la cantidad mxima de energa que puede
transformarse en trabajo til, entendiendo por til el que no se
emplea en actuar contra el ambiente.La exerga se consume por
completo cuando la presin y la temperatura (y el resto de variables
de estado como la altura sobre el nivel del mar, el voltaje, etc.
que lo diferencian de lo que le rodea) se igualan a la del entorno.
Una vez que se iguala la temperatura del sistema con la del
ambiente (alcanzndose el equilibrio trmico) y se iguala su presin
con la exterior (llegndose al equilibrio mecnico), ya no se puede
extraer energa adicional. Se dice que en ese caso el sistema ha
alcanzado el estado muerto.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
Entropa (Anergia)Etimolgicamenteentropa, asociada a
latermodinmica, surgi como palabra acuada del griego, deem(en: en,
sobre, cerca de...) ysqopg(trope: mudanza, giro, alternativa,
cambio, evolucin). Latermodinmica, por definirla de una manera muy
simple, fija su atencin en el interior de lossistemas fsicos, en
los intercambios de energa en forma decalorque se llevan a cabo
entre un sistema y otro y tiene sus propias leyes.Uno de los
soportes fundamentales de la Segunda Ley de la Termodinmica es la
funcin denominadaentropaque sirve para medir el grado de desorden
dentro de un proceso y permite distinguir la energa til, que es la
que se convierte en su totalidad en trabajo, de la intil, que se
pierde en el medio ambiente.Este desorden se grafica en la mayor o
menor produccin de energa disponible o no disponible, y sobre esta
base, tambin podemos definir laentropa como el ndice de la cantidad
de energa no disponible en un sistema termodinmico dado en un
momento de su evolucin.Segn esta definicin, en termodinmica hay que
distinguir entre energa disponible o libre, que puede ser
transformada en trabajo y energa no disponible o limitada, que no
puede ser transformada en l.Para comprender conceptualmente lo
dicho, analicemos el ejemplo de un reloj de arena, que es un
sistema cerrado en el que no entra ni sale arena.La cantidad de
arena en el reloj es constante; la arena ni se crea ni se destruye
en ese reloj. Esta es la analoga de la primera ley de la
termodinmica: no hay creacin ni destruccin de la
materia-energa.Aunque la cantidad de arena en el reloj es
constante, su distribucin cualitativa est constantemente cambiando:
la cavidad inferior se va llenando, mientras la cavidad superior se
vaca. Esta es la analoga de la segunda ley de la termodinmica, en
la que la entropa (que es la arena de la cavidad inferior) aumenta
constantemente.La arena de la cavidad superior (la menor entropa)
es capaz de hacer un trabajo mientras cae, como el agua en la parte
superior de una catarata. La arena en la cavidad inferior (alta
entropa) ha agotado su capacidad de realizar un trabajo. El reloj
de arena no puede darse la vuelta: la energa gastada no puede
reciclarse, a menos que se emplee ms energa en ese reciclaje que la
que ser desarrollada por la cantidad reciclada
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
Energa disponible:Energa disponible es aquella parte del
contenido energtico total que potencialmente puede transformarse en
trabajo til.Esta energa puede calcularse permitiendo que la
sustancia efecte un cambio de estado reversible hasta alcanzar
equilibrio termodinmico con el medio ambiente que se encuentra a P0
y T0. En la prctica, al medio ambiente se le designa como depsito
estndar para determinar la energa disponible del sistema.Cuando el
cambio de estado reversible se lleva a cabo en sistema cerrado, de
la primera ley se tiene que:q = du + w
De la segunda ley se sabe que:
ds(sistema) + ds(alrededores) = 0 ds(alrededores) =
ds(sistema)
ds(alrededores) = dq(sistema) / T(alrededores)
Combinando las ecuaciones anteriores se tiene que:
T(alred) ds(stma) = du + w(mx)
Se trata de w(mx) por ser un proceso reversible, luego:
w(mx) = T(alred) ds du
Si los alrededores son el medio ambiente:
w(mx) = T0 ds du (8.2)
Entonces el trabajo mximo queda dado por
w(mx) = (u T0 s) (u0 T0 s0)
Donde T0, s0, u0 son las propiedades del sistema cuando se
encuentra en equilibrio con el medio ambiente y w(mx) es el mximo
trabajo que puede realizar un sistema hasta alcanzar equilibrio con
el ambiente.
Se debe tener en cuenta que parte de este trabajo mximo se
realiza contra el medio ambiente y por tanto no resulta til. Este
trabajo contra el ambiente est dado por P0 (v0 v), entonces el
trabajo mximo til es
w(mx, til) = w(mx) P0 (v0 v)w(mx, til) = (u + P0 v T0 s) (u0 +
P0 v0 T0 s0) [2]
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
4.1. QUESLAEXERGA?
Laexergaesunamedidadeladisponibilidaddelaenerga.Laideaesquepartedelaenergadeunsistemasepuedeaprovecharpararealizartrabajomecnico,elctricoodeotrotipo.Elsegundoprincipiodelatermodinmicanosestablecelimitacionesencuantoalacantidaddetrabajoquepodemosrealizar.Peroexisteademsunalimitacinprcticaencuantoaqueslosepuederealizartrabajosielsistemaalmacenaunaenergarespectoalambientequelerodea.
Porejemplo,consideremoselaguasituadaenunembalseaciertaaltura.Estaaguapuedeemplearseparamoverturbinasygenerarenergaelctrica,pero,unavezquetodaelaguahabajadoalniveldelmar,yanosepuedeseguiraprovechando.Hayunlmiteenlaenergadisponibleasociadoaladiferenciadealturaentreelaguadelembalseyelentorno.Cuandoestedesniveldesaparece,yanohaymsenergadisponible.
Sedenominaexergaalacantidadmximadeenergaquepuedetransformarseentrabajotil,entendiendoportilelquenoseempleaenactuarcontraelambiente.
7DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
.4.2.ESTADOMUERTO
Elpotencialdetrabajodelaenergaoexergaestasociadoaldesequilibrioentreunsistemaysusalrededores,esdecirquedependededossistemascomomnimo.Conunejemploloaclararemos.Vamosasuponerquetenemosunalminametlicaqueseencuentraa70C,ylasumergimosenaguaa3C(esdecirmuchomsfra),enestecasocomoeldesequilibriotrmicoesgrande,elniveldeexergasermayorquesisumergimoslalminaenaguaa70Cencuyocasolatemperaturadelsistema(lminametlica)ysuentorno(agua)eslamisma(70C),porloquenopasaranada.Esteestadosedenominaestadomuertoyaquetenemosceroexergaymximaentropa.
AMBIENTE
Es caracterizado porque sus parmetros permanecen sin cambios
durante la interaccin con el sistema bajo consideracin. Esto quiere
decir, que el ambiente es muy grande en comparacin al sistema y
puede amortiguar toda la energa dada a l sistema, de tal forma que
su propio balance de energa permanece sin cambio. Tambin existe
completo equilibrio termodinmico entre todos los componentes.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
Elestadomuertoserefierealestadodelquenosesimposibleextraertrabajodeunsistemayestedependedelmedioambientequelerodea.Podemosconcluirqueunsistemaentregaelmximotrabajoposiblecuandoexperimentaunprocesoreversible,desdeelestadoinicialespecificadohastaelestadodelambientequelorodea,esdecirelestadomuerto.Estorepresentaelpotencialdetrabajotildelsistemaenelestadoespecificadoyseconocecomoexerga.
4.3.IRREVERSIBILIDAD
PartiendodeladefinicindetrabajoreversibleWrevqueeslacantidadmximadetrabajotilquepuedegenerarse(oeltrabajomnimoquedebesuministrarse)enunsistemacuandosteexperimentaunprocesoentredosestadosdefinidos(inicialyfinal).Estetrabajomximo(omnimo)seobtienecuandoelprocesoentrelosdosestadosestotalmentereversible.SelellamaIrreversibilidadI,aladiferenciaentreeltrabajoreversibleWrevyeltrabajotilWuduranteunprocesoentredosestadosdefinidos;yesequivalentealaexergadestruidayseexpresaas:
Laexergadestruidarepresentaelpotencialdetrabajoperdidoodesperdiciado.
5.DEDUCCIONDELAEXPRESIN
Tenemoseltrabajotil:
Pero,porelprimerprincipiodelatermodinmicaelcaloryeltrabajoquesalenequivalealadisminucindelaenergatotal
9DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
SiendoElaenergatotalsumadecintica,potencialeinterna.Quedaentonces
Elsegundomiembrodeestaecuacineseldiferencialdeunafuncindeestado,yaquesetratadeunacombinacindetresdiferencialesdefuncionesdeestadomultiplicadasporconstantes.Portanto,podemosescribirestocomounadiferencialexacta(condenvezdecon).Puestoqueestamosinteresadosenelmximotrabajoquepuederealizarelsistemaynoelquesepuederealizarsobrel,cambiamoselsignoyescribimos
DondeXeslafuncindeestadoquedenominamosexerga.
Integrandoentreelestadoinicial(queindicamossinsubndices)yelestadofinal,quecorrespondealestadomuertoenelquelatemperaturaylapresinsonigualesalaexterior(consubndice0)nosqueda
Resumiendo:
6.LEYDEPRDIDADEEXERGA
ElTeoremadeGouy-Stodola(denominadatambincomoleydeprdidadeexerga)esunteoremaempleadoentermodinmicaparadescribirlacantidaddeenerganodisponiblequetienelugarenunsistematermodinmico.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
6.1.Formulacin
Laleyestablecequeladestruccindeexergaesproporcionalalproductode
latemperaturadereferencia()porlageneracindeentropadentrodelsistema(
).Laexpresinformaldelaenerganodisponiblesesueleexpresarsecomo:.Elvalordeestadestruccindeenergaseexpresamediantelaecuacin:
Estaecuacinmuestraqueunprocesotermodinmicamenteeficientedebeteneruna
mnimageneracindeentropa.esunapropiedadintensivaquepermiteencasode
existirvariossistemascongeneracindeentropa(),puedacalcularselaexerga
perdidatotalmediantesumadelaspartes:
7.PRINCIPIODEDISMINUCINYDETRUCCINDELAEXERGA
7.1.PrincipiodeDisminucin
Elprincipiodedisminucindelaexergasostienequelaexergadeunsistemaaislado(recuerdequenicalor,nitrabajo,nimasapuedencruzarsusfronteras)duranteunprocesosiempredecreceo,enelcasolmitedeunprocesoreversible,permanececonstante.Estoseexpresaas:
Lasirreversibilidadescomolafriccin,lasreaccionesqumicas,latransferenciadecalordebidaunadiferenciafinitadetemperaturas,laexpansinlibre,lasmezclas,siempregeneranentropa,enconsecuenciasiempresedestruyelaexerga.Porellolaexergadestruidaenproporcionalalaentropagenerada:
Elprincipiodedisminucindelaexergapuederesumirseas
11DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
7.2.PrincipiodeDestruccin:
Describiremosalgunosmecanismosdedestruccindelaexerga.
Destruccindelaexergadebidoalatransferenciadecaloratravsdeunapared.
Lamismacantidaddecalorfluyeatravsdelsistemadesdeelreservoriodelaizquierdahaciaeldeladerecha.Sinembargo,comolatemperaturadelreservoriodeladerechaesmenor,laexergatransferidaporsuexergaesmenor.Podemosconcluirquelageneracindeentropadebidoalatransferenciadecaloratravsdeunadiferenciafinitadetemperaturaeslacausadeladestruccindeexerga.
Destruccindelaexergadebidoalafriccin.
Laexergaesdestruidaespontneamenteporlafriccin.Enlaimagenmostradaeltrabajotransferidoalsistemaatravsdelejedebeserigualalcalorrechazadohacialaatmosfera,sinembargoyaqueelcalorntransportaexergaatravsdelafronteraexterna(seencuentraalatemperaturadelaatmosfera),lanicaformaparaquelaexergadelsistemapuedapermanecerconstanteesladestruccindelaexerga.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
Destruccindelaexergadebidoalcalentamientoporresistenciaelctrica.
Laexergaesdestruidaespontneamenteporlaelectricidadquepasaatravsdeunaresistencia.Enlaimagenmostradaeltrabajoelctricotransferidoalsistemadebeserigualalcalorrechazadohacialaatmosfera,sinembargoyaqueelcalornotransportaexergaatravsdelafronteraexterna(seencuentraalatemperaturadelaatmosfera),lanicaformaparaquelaexergadelsistemapuedapermanecerconstanteesladestruccindelaexerga.
8.EXERGADEUNSISTEMACERRADO
8.1.PrimerafuncionGouyoDarrieus
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
8.2.ExergadeunsistemacerradoaTo
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
9.EXERGADEUNSISTEMAABIERTO
Eselmximotrabajodecirculacin.
9.1.SegundafuncionGouyoDarrieus
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
10.EXERGADELCALOR
11.BALANCEEXERGTICO
Enrealidadunbalancedeexerganoesmsquelacombinacindeunbalancedeenergaydeentropa,quederivanasuvezdelprimerysegundoprincipiodelatermodinmica.Noesportantounresultadoindependiente,peropuedeutilizarsecomoformulacinalternativadelasegundaleydelatermodinmica.
Comoalternativaalprincipiodeincrementodeentropa,sepuedeformularlasegundaleyestableciendoque,losnicosprocesosquepuedeexperimentarunsistemaaisladosonaquellosenlosquelaexergadelsistemadisminuye.
Elbalancedeexergaesunmtododeanlisismuytilalahoradevalorarelrendimientoenergticodeunainstalacin,nosdaunavisinmsampliaque
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
elrendimientotrmico.Permitevalorarlasprdidasdeenergaenunproceso,laenergaqueseraaprovechabledeflujossalientesensistemasabiertosylasventajasdemtodosregenerativoseninstalacionestrmicas.
11.1.Balanceensistemascerrados
Unsistemacerradopuedeinteraccionarconelentornomediantetransferenciasdeenergaenformadecalorotrabajo,queimplicanunatransferenciadeexergaentreelsistemayelentorno.Estaexergatransferidanocoincidenecesariamenteconlavariacindeexergadelsistema,yaquelaexergatambinsedestruyecomoconsecuenciadelageneracindeentropa(todoslosprocesosrealescontransferenciadeenergaenformadecalorconllevan,ademsdeunatransferenciadeentropa,unageneracindeentropadebidaaprocesosirreversiblesdentrodelsistema.
Lavariacindeexergadelsistemacerradoesigualalatransferenciadeexergacon
elentorno,menosladestruccindeexerga,donderepresentalageneracindeentropa,queporelsegundoprincipio,nopuedesernegativa.
11.2.Balanceensistemasabiertos
Parasistemasabiertos,enlosquehaytransferenciademasa,semanejaelconceptodeexergadeflujo,quenoesmsquelaexergaasociadaaunacorrientematerialqueatraviesaunvolumendecontroldeterminado.Adaptandolaexpresinyutilizandomagnitudesespecficas(porunidaddemasa)setiene:
Dondeh,s,C,yzsonentalpa,entropa,velocidad,alturadelflujo
respectivamente.sonlaspropiedadesevaluadasenelestadomuerto.geslaaceleracindelagravedad.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
Elbalancedeexergaenunsistemaabiertocomo:
Estoes,lavariacindeexergaacumuladadentrodelsistemaporunidaddetiempoes
iguala:latransferenciadeexergaasociadaalatransmisinde
energaenformadecalor,donderepresentalavelocidaddetransferenciadecalor
atravsdeunapartedelafronteraatemperatura,menoslavelocidaddeintercambiodeexergaportrabajo,excluyendoeltrabajodeflujo,
mseslatransferenciadeexergaasociadaala
transferenciademasaentreelsistemayelentornoymenosladestruccindeexergaporunidaddetiempocausadaporirreversibilidadesinternasdelvolumendecontrol.
QueeltrminorecuerdealrendimientomximocalculadoporCarnotensusteoremasnoescasualidad.Representaprecisamentelapotencialidadalahoradeobtenertrabajodefocostrmicosadiferentetemperatura.
12.EFICIENCIAEXERGTICA
LaEficienciadeSegundaLeyesunamedidadeldesempeodeundispositivorealconrelacinasudesempeoencondicionesreversiblesparalosmismosestadosinicialyfinal.
Lassiguientesimgenesdescribenladeferenciaentrelaeficienciatrmicaylaeficienciaexergtica(oeficienciasegnlasegundaley)deunamquinatrmica.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
Hasta el momento, al hacer referencia a la eficiencia siempre ha
sido en trminos energticos, sin hacer distincin de la calidad de la
energa producida o consumida. Una forma ms apropiada de evaluar los
procesos es en trminos de la energa disponible consumida o
producida ya que es la energa verdaderamente aprovechable. En esta
seccin se presentar la eficiencia exergtica de procesos la cual se
conoce tambin como eficiencia de segunda ley. En general, la
eficiencia se puede definir como lo que se obtiene sobre lo que se
paga:
A diferencia de la eficiencia energtica, la eficiencia exergtica
puede ser del ciento por ciento si el proceso de transformacin al
que se refiere se realiza de una manera completamente reversible
(sin destruccin de exerga).
Eficiencia de una mquina trmica:
De acuerdo con el objetivo de una mquina trmica, que es obtener
trabajo a partir de calor suministrado, y ya que todo el trabajo
producido es, en este caso, energa disponible mientras que la
fraccin disponible del calor es Qc (1 T0 /Tc)
Entonces:
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
Eficiencia de un refrigerador:
El objetivo de un refrigerador es extraer calor para lograr una
baja temperatura por medio de una mquina que consume trabajo. Al
extraer calor de un depsito, este queda en capacidad de permitir la
produccin de trabajo mediante una mquina trmica reversible que
recibe calor del ambiente y descarga en el depsito; luego, la
eficiencia exergtica es:
Eficiencia de una bomba de calor:En este caso se desea mantener
un recinto a una temperatura alta suministrndole calor extrado de
un foco que se encuentra a menor temperatura mediante el empleo de
trabajo mecnico. Al obtener un depsito caliente, se est en
capacidad de producir trabajo mediante una mquina trmica reversible
conectada entre este depsito y el ambiente.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
Eficiencias de bombas y compresores:
En estos equipos la sustancia recibe energa mecnica para
aumentar su exerga (representada en alta presin o incremento de
energa potencial)
Eficiencia de una turbina :
En estos equipos se obtiene trabajo a expensas de una disminucin
de la exerga de la sustancia, luego
Eficiencia de un intercambiador de calor:
De acuerdo con el criterio de eficiencia exergtica se podra
definir para un intercambiador de calor
En la prctica esta eficiencia no tiene mucho sentido, pues lo
que interesa es la transferencia de calor para aumentar la energa
de una sustancia. Sera ms til hacer referencia a una eficiencia
energtica.
21
DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
12.1.EficienciaparaMquinasTrmicas:
DiagramadeEnergadeunamquinatrmica
DiagramadeExerga
12.2.EficienciaparaRefrigeradoresoBombasdeCalor:
DiagramadeEnerga
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
DiagramadeExergaRefrigerador
DiagramadeExergaBombadeCalor
12.3.RendimientoExergticoparauncicloirreversibledeCarnot
23DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
13.TRANSFERENCIADEEXERGA
13.1.ExergatransportadaporMasa
13.2.ExergatransferidaporCaloryTrabajo
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
14. CONCLUSIONES
En el presente trabajo, se ha preferido dar la visin de la
utilizacin de la exerga disponible en los procesos de utilizacin
calrica mediante su transformacin en trabajo mecnico, en lugar de
su degradacin intil. Como se indic, cuando es posible superponer
una mquina trmica entre el ingreso del combustible y la utilizacin
calrica, la eficiencia marginal de la conversin de la energa trmica
a trabajo mecnico es idealmente del 100%, y que el aumento de la
eficiencia de tal mquina trmica permite obtener tambin mayores
cantidades de trabajo con una eficiencia marginal ideal del 100%.
La posibilidad de obtencin de estas cantidades de trabajo es
similar a la disponibilidad que existe en un salto hidrulico que,
de no ser aprovechado, se pierde irreversiblemente. Es indudable
pues que, desde el punto de vista del uso racional de los recursos
energticos y del desarrollo sustentable se debe alentar en lo
posible la implementacin de estos sistemas, lo que implica un
cambio importante de los conceptos y modalidades tradicionales. Se
trata de una valorizacin de la exerga. Desde el punto de vista
ambiental, desplazando la generacin trmica convencional, es una de
las formas de reemplazar las prcticas convencionales por las que al
menos son ms sustentables que las actuales, y que en muchos casos
puede ser de implementacin inmediata. Es posible manejar el
concepto de exerga cualitativamente, entre otras cosas para
depurarel lenguaje cotidiano, de manera que se hable propiamente de
consumo de exerga y de conservacin de energa, y no de ``consumo de
energa''. En el mismo sentido, se suele definir a la energa como la
``capacidad para hacer trabajo''; pero de lo expuesto hasta aqu
deber quedar claro que sta es una propiedad exclusiva de la exerga
y no de la energa. Un ejemplo sencillo sirve para enfatizar lo
anterior: considrese un gas encerrado en una delas mitades de un
recipiente aislado del exterior, estando la otra mitad vaca. Si la
pared de separacin entre el gas y la otra mitad vaca se quita, el
gas se expandir hasta ocupar el espacio completo, siendo su energa
final igual a la inicial.
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DISPONIBILAD Y REVERSIBILIDAD
15. BIBLIOGRAFA
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