1 SEGUNDO PRINCIPIO. EXERGÍA
2 Enunciados diversos Como ya se indicó en la
introducción de este texto, el enun- ciado general del
segundo principio de la Termodinámica es la propia ley de
la degradación de la energía. Cualquier
consecuencia de esta ley puede servir para enunciarlo. Por muy
diferentes que puedan parecer los enunciados, siempre
tendrán un denominador común: la ley de la
degradación de la energía
3 Enunciado del autor 3ª edición (1977) y siguientes
El calor es una energía inferior
4 Enunciado del autor 3ª edición (1977) y siguientes
Deducción lógica que hace el autor partiendo de las
leyes de conservación y de degradación de la
energía. El calor es una energía inferior
5 El calor es una energía inferior Suministremos trabajo
de rozamiento Wr al sistema de la figura mediante un ventilador o
una resistencia eléctrica por ejemplo. Parte de la
exergía utilizada entró transformada en
anergía; incluso toda si la temperatura del sistema es la
del medio ambiente (Ta).
6 El calor es una energía inferior Si (T > Ta), podemos
extraer un calor Q, en la misma can- tidad, con lo que el sistema
queda igual que estaba. Con dicho calor es un hecho que podemos
obtener trabajo en un motor térmico; luego con el calor
sale: exergía y anergía
7 El calor es una energía inferior Si (T > Ta), podemos
extraer un calor Q, en la misma can- tidad, con lo que el sistema
queda igual que estaba. Con dicho calor es un hecho que podemos
obtener trabajo en un motor térmico; luego con el calor
sale: exergía y anergía calor exergía
anergía Q = E(Q) + A(Q)
8 calor exergía anergía Q = E(Q) + A(Q)
9 El fluido dentro de un motor térmico recibe calor y da
trabajo. Por muy perfecto que sea (motor reversible) sólo
podríamos conseguir que coincida el trabajo obtenido con
la exergía que acompaña al calor al salir del
sistema. La parte anergética tendrá que eliminarla
el fluido dentro del motor de la única manera que puede
hacerlo: en forma de calor (Q2) que pasará a otro sistema
de menor tempera- tura (con frecuencia el medio ambiente).
10 Enunciado de Sadi Carnot, primer enunciado (experimental ) del
segundo principio de la Termodinámica para obtener TRABAJO
del CALOR, se necesitan al menos dos fuentes a distintas
temperaturas, de manera que el sistema que evoluciona dentro del
motor tome calor de la fuente caliente y ceda una parte a la
fuente fría.
11 Representación gráfica
12
13 Rendimiento térmico de un motor
14
15 El calor Q1 es recibido por el sistema durante B1A. El calor
Q2 es cedido por sistema durante A2B.
16 Un ciclo puede realizarse en sentido contrario a las agujas
del reloj. Todo quedaría invertido.
17 Irreversibidad térmica Con un paso directo de calor Q
se pierde la oportunidad de obtener trabajo en un motor
térmico que utilizara el sistema A como fuente caliente y
el sistema B como fuente fría. Hay pues hay
destrucción de exergía (Ed):
18
19 fuente T1 fuente T2 (Gp:) Q1 (Gp:) Q2 (Gp:) 2 (Gp:) 1 (Gp:) T1
(Gp:) 4 (Gp:) T2 (Gp:) 3 (Gp:) adiabática (Gp:)
adiabática p v Para que un motor que funcio- ne con dos o
más fuentes sea reversible, el sistema ha de evolucionar a
través de una serie alternativa de isotermas y
adiabáticas, y, además, las temperaturas de las
isotermas han ser las de sus correspon- dientes fuentes. Con
independencia del fluido que evolucione en su interior Motor
reversible
20 fuente T1 fuente T2 3 Q1 (Gp:) Q2 (Gp:) 2 (Gp:) 1 (Gp:) T1
(Gp:) 4 (Gp:) T2 adiabática (Gp:) adiabática p v
Como da igual el fluido que evolucione dentro del motor,
escogemos el gas perfecto: Motor reversible
21 fuente T1 fuente T2 3 Q1 (Gp:) Q2 (Gp:) 2 (Gp:) 1 (Gp:) T1
(Gp:) 4 (Gp:) T2 adiabática (Gp:) adiabática p v
Como da igual el fluido que evolucione dentro del motor,
escogemos el gas perfecto: Motor reversible
22 fuente T1 fuente T2 3 Q1 (Gp:) Q2 (Gp:) 2 (Gp:) 1 (Gp:) T1
(Gp:) 4 (Gp:) T2 adiabática (Gp:) adiabática p v
Motor reversible
23 fuente T1 fuente T2 3 Q1 (Gp:) Q2 (Gp:) 2 (Gp:) 1 (Gp:) T1
(Gp:) 4 (Gp:) T2 adiabática (Gp:) adiabática p v
Motor reversible
24 fuente T1 fuente T2 3 Q1 (Gp:) Q2 (Gp:) 2 (Gp:) 1 (Gp:) T1
(Gp:) 4 (Gp:) T2 adiabática (Gp:) adiabática p v
Para todas las isotermas entre dos adiabáticas concretas
se ha de cumplir que, Motor reversible
25 fuente T 1 2 3 4 Q Qa T Ta adiabática adiabática
p v Ta medio ambiente El contenido exergético del calor Q
se corresponde con el máximo trabajo que del mis- mo puede
obtenerse:
26 fuente T 1 2 3 4 Q Qa T Ta adiabática adiabática
p v Ta medio ambiente El contenido exergético del calor Q
se corresponde con el máximo trabajo que del mis- mo puede
obtenerse:
27 fuente T 1 2 3 4 Q Qa T Ta adiabática adiabática
p v Ta medio ambiente El contenido exergético del calor Q
se corresponde con el máximo trabajo que del mis- mo puede
obtenerse: (Gp:) calor (Gp:) exergía (Gp:)
anergía
28
29 Hemos analizado lo que ocurre en un motor térmico por
cada ciclo realizado. Por ejemplo, podría conocerse le
rendimiento del ciclo a lo largo de toda la instalación de
vapor de una central térmica, y por tanto la
exergía destruida y su coste económico.
Sería sin embargo más interesante conocer lo que
destruye cada uno de los equipos, para intervenir si procede.
Para ello, hay que hacer un estudio para procesos
no-cíclicos. PROCESOS NO-CÍCLICOS
30
31 (TA y TB constantes: el proceso más simple)
Exergía destruida en un paso directo de calor (Q)
32
33 La exergía destruida es menor cuando las temperaturas
de los sistemas son elevadas.
34 (temperaturas variables) Descomponemos el proceso en infinitos
procesos parciales, para después integrar: Exergía
destruida en un paso directo de calor
35 Descomponemos el proceso en infinitos procesos parciales, para
después integrar: En principio, el cálculo
podría hacerse si se conocen los caminos, o
transformaciones termodinámicas, tanto del sistema A como
del sistema B. Así, sustituiríamos en ambos
términos dQ por sus correspondientes expresiones. Pero
¿y si NO están definidos los estados intermedios?
(temperaturas variables) Exergía destruida en un paso
directo de calor
36 como ocurre, por ejemplo, en una libre expansión.
37 como ocurre, por ejemplo, en una libre expansión. Sin
embargo, la exergía destruida está bien definida en
cada caso, y su cálculo ha de ser factible; pero, puesto
que no hay camino, sólo podría calcularse mediante
una función de estado ¿no será dQ/T una
diferencial exacta y por tanto integrable? En efecto,
38 como ocurre, por ejemplo, en una libre expansión. Sin
embargo, la exergía destruida está bien definida en
cada caso, y su cálculo ha de ser factible; pero, puesto
que no hay camino, sólo podría calcularse mediante
una función de estado ¿no será dQ/T una
diferencial exacta y por tanto integrable? En efecto, 1/T es un
factor de integración Clausius fue el que descubrió
esta propiedad, a la que llamó ENTROPÍA (S)
39 Se le considera el fundador de la Termodinámica
ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
LA VERSIÓN DE DESCARGA