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Balance de exergia en sistemas cerrados

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on 22 May 2014

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Para un proceso reversible, la generación de entropía y por lo tanto la destrucción de exergía es cero, entonces la relación del balance de exergía en este caso se vuelve análoga a la relación de balance de energía.
Es decir, el cambio de exergía del sistema es igual a la transferencia de exergía.
Cuando las condiciones ambientales P0 y T0, así como los estados inicial y final del sistema están especificados y teniendo en cuenta que Qk es la transferencia de calor a través de la frontera a la temperatura Tk en el lugar k.
El cambio de exergía del sistema se representa:
Un sistema cerrado no involucra flujo másico, por lo tanto tampoco cualquier transferencia de exergía asociada con el flujo másico.
Si se toma la dirección positiva de la transferencia de calor hacia el sistema y la dirección positiva de transferencia de trabajo desde el sistema, el balance de exergía para un sistema cerrado puede expresarse como:
Las tasas de transferencia de exergía por calor, trabajo y masa se expresan como:


obteniendo la ecuación en forma de tasa:
Entonces el balance de exergía para cualquier sistema que experimenta cualquier proceso puede expresarse más explícitamente como :

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.

El principio de disminución de exergía puede expresarse como:
Balance de exergia en sistemas cerrados
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 las irreversibilidades.


La cantidad de energía siempre se conserva durante un proceso (primera ley), pero su calidad está ligada a la disminución (segunda ley).
Esta disminución en la calidad siempre está acompañada de un incremento en la entropía y una disminución en la exergía.

Cuando 10 kJ de calor se transfieren de un medio caliente a otro frío, por ejemplo, todavía se tiene 10 kJ de energía al final del proceso, pero a una temperatura más baja y por lo tanto a una calidad más baja y un menor potencial para hacer trabajo.
Las relaciones de balance de exergía presentadas anteriormente pueden usarse para determinar el trabajo reversible, igualando a cero el término de destrucción de exergía.
El trabajo W en este caso se convierte en trabajo
reversible:
Alejandro Gabriel Cocoletzi
Pedro Tlapalmatl Suarez
Gerardo Rojas Solis
Luis Angel Hernandez Hdez

Ejemplo:
Considere la transferencia de calor estacionaria a través del muro de ladrillo de una casa, el cual mide 5 x 6 m con un espesor de 30 cm.
La casa se mantiene
a 27 °C en un día en que la temperatura del exterior es 0 °C. Se miden las temperaturas de las superficies interior y exterior del muro en 20 °C y 5 °C, respectivamente, mientras la tasa de transferencia de calor a través del muro es de 1 035 W. Determine la tasa de destrucción de exergía en el muro y la de destrucción de exergía total asociada con este proceso de transferencia de calor.
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