Diapositivas exergía., Diapositivas de Ingeniería Mecánica

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EXERGÍA

(Disponibilidad - Availability),

(Energia Disponible - Available Energy)

Resultados de Aprendizaje

Demonstrar entendimiento de conceptos

clave relacionados a analisis exergético,

incluyendo el ambiente de referencia

para la exergía, el estado muerto, la

transferencia de exergía, y la destrucción

de la exergía.

Evaluar exergía en un estado y el cambio

de exergía entre dos estados, usando

datos apropiados de propiedades.

Exergía: Potencial de hacer

trabajo

Cuando se descubre una fuente de energía,

como una fuente geotérmica por ejemplo, los

expertos estiman la cantidad de energía

contenida en la fuente.

Sin embargo, esto es insuficiente para tomar

decisiones para construir una planta de

generación de poder en el sitio. (¿Porqué?)

Exergía: Potencial de hacer

trabajo (cont.)

Lo que importa es EL POTENCIAL PARA

HACER TRABAJO DE ESA FUENTE, es

decir cuanto trabajo útil puede extraerse.

Sería deseable contar con una propiedad

que nos permita determinar el potencial de

trabajo útil de una determinada cantidad de

energía en un estado especifico.

Esta propiedad es la exergía, disponibilidad

o energía disponible

Experimento Mental para introducir

exergía

Exergía y energía son cantidades

relacionadas pero marcadamente

diferentes.

Consideremos la figura que

muestra un sistema aislado que

consiste inicialmente de un

recipient pequeño de combustible

rodeado por aire en abundancia.

Introducing Exergy with a

Thought Experiment

Suppose the fuel burns so finally there is a slightly

warm mixture of air and the combustion products

formed.

Since air is abundantly present, the

temperature of the final mixture is

nearly the same as the initial air

temperature.

The total quantity of energy

associated with the system is constant

because no energy transfers take

place across the boundary of an

isolated system and, by the first law of

thermodynamics, energy is conserved.

El combustible del inicio también

tiene valor económico, pero el valor

economico disminuye a medida que

el combustible se consume. La

mezcla tibia final tiene valor

economico despreciable.

Exergía es la propiedad que

cuantifica el potencial para uso y

es la exergía la que tiene valor

económico.

Experimento Mental para introducir

exergía (cont)

Conceptualizando la Exergía

►Consideremos un cuerpo temperatura T

i

en contacto

con la atmósfera a T

0

. Si T

i

T

0

, el cuerpo se enfría de

manera espontánea hasta que en equilibrio térmico con la

atmósfera.

►

Sin embargo, se puede hacer

trabajo controlando el enfriamiento.

► En vez del enfriamiento espontáneo, se añade Q a un

ciclo de poder que desarrolla trabajo W

c

. Este trabajo esta

disponible completamente para levantar un peso, hacer

trabajo de eje o generar electricidad.

► En enfriamiento espontáneo hasta T

0

, no se

produce trabajo de manera que el potencial inicial de

hacer trabajo, exergía, se destruye.

Conceptualizando la Exergía (Cont)

► Se puede desarrollar trabajo W

c

cuando T

i

< T

0

. Las transferencias

de calor cambian de dirección y

se produce trabajo mientras el

cuerpo se calienta hasta equilibrio

con la atmósfera.

Como antes, el potencial para hacer trabajo se debe

unicamente a que el estado inicial del cuerpo difiere del

de la atmósfera – es decir T

i

< T

0

T

i

< T

0

Definición de Exergía

► El término entorno de referencia de la

exergía – o simplemente entorno – se refiere a

un modelo para la atmósfera terrestre: un

Sistema compresible simple suficientemente

grande en extension y uniforme en presión, p

0

,

y temperatura, T

0

.

►

Los valores de p

0

y T

0

son normalmente los

tipicos valores ambientales 1 atm y 25

o

C

(

o

F).

Definición de Exergía (Cont)

“Exergía es la cantidad de trabajo obtenible

cuando alguna porción de materia se lleva a un

estado de equilibrio termodinámico con los

componentes comunes del entorno natural, por

medio de procesos reversible que involucran

solo la interacción con los mencionados

componentes de la naturaleza”. [Szargut et al

1988].

Definición de Exergía (Cont)

• Si el sistema está inicialmente en un estado

por encima del ambiente de referencia, la

exergáa es el máximo trabajo obtenible entre

el estado del Sistema y el estado de

referencia.

• Si el Sistema está inicialmente en el estado

de referencia y se lo quiere llevar a un

estado deseado por encima de este, la

exergía es la mínima cantidad de trabajo

necesario para elevar el sistema del estado

de referencia al estado del sistema.

• Supongamos que tenemos una fuente de energía Q en

forma de transferencia de calor desde un reservorio

grande y por tanto a temperature constante T. ¿Cuál

es el potencial último (máximo) para producir trabajo

de esta fuente?.

• Para responder la pregunta asumimos que se dispone

de una máquina térmica cíclica. Para que la máxima

fracción de Q se convierta en trabajo se requiere

que la máquina sea reversible, es decir que siga el

ciclo de Carnot de potencia y que TL sea lo mas

baja posible, generalmente la T ambiente To.

Potencial de producir trabajo útil de una

fuente de energía

Potencial de producir trabajo útil de una fuente

de energía: Principios de carnot

1. La eficiencia de una máquina

térmica irreversible es siempre

menor que la eficiencia de una

máquina reversible que opera

entre los mismos dos

depósitos.

2. Las eficiencias de las

máquinas térmicas reversibles

que operan entre los mismos

dos depósitos son las mismas.