Disponibilidad de Energa

Primera ley para un sistema cerrado:

Segunda ley para un sistema cerrado que efecta un cambio de estado reversible:

Adems

y

Combinando, se tiene:

S el depsito de calor est a temperatura ambiente:

Por lo tanto:

Parte del trabajo mximo se realiza contra el ambiente y por tanto, no resulta til:

El trabajo til dado en se conoce como disponibilidad o exerga:

Ejemplo 1. Determinar la disponibilidad del nitrgeno para cada uno de los siguientes estadosa) 10 MPa y 320 Kb) 0.020 MPa y 300 Kc) 0.080 MPa y 200 KPara un proceso abierto, se puede hacer un proceso anlogo, slo que la primer a ley toma la forma:

Entonces el trabajo til toma la forma

Donde la disponibilidad o exerga para un sistema abierto toma la forma:

Adems se tienen la siguiente relacin entre y :

El trabajo mximo que se puede extraer de una corriente de flujo est dado por:

Ejemplo 2. Un vapor seco y saturado a 100C se condensa en un intercambiador de calor hasta alcanzar el estado de lquido saturado a 100C. Determnese el trabajo til mximo que se puede obtener de esta operacin unitaria (transferencia de calor) en kJ/kg. La presin y temperatura del medio ambiente son 101.325 kPa y 25C respectivamente.

Balances de ExergaEl trmino exerga se refiere al concepto de disponibilidad de energa y est relacionado al concepto de perdida de disponibilidad (irreversibilidad) de energa o destruccin de exerga. La ecuacin de disponibilidad es parecida a la ecuacin de energa, con la diferencia de que mientras la ecuacin de energa expresa la conservacin de la energa, la ecuacin de disponibilidad expresa el principio de degradacin de la energa.

Donde la destruccin de exerga es una cantidad positiva para todo proceso real.Ecuacin de disponibilidad (Exerga) para un sistema cerrado

Primera ley para un sistema cerrado:

Segunda ley:

Multiplicando por y combinndola con :

Sumando a ambos lados :

Ecuacin, vlida para cualquier proceso cerrado. Aplicada para el proceso reversible en donde se permita nicamente el intercambio de calor con el medio ambiente y cuyo estado final sea el equilibrio con el ambiente, se obtiene:

En trminos de unidad de masa:

La expresin anterior representa el trmino de disponibilidad:

Combinando con :

Que integrando:

Donde:

El producto recibe el nombre de Irreversibilidad , y es el trabajo termodinmico perdido.

Anlisis de la segunda ley para sistemas cerradosDe la definicin de disponibilidad y el principio de degradacin de la energa:

Donde se tiene:

Ejemplo 3. Se comprime oxgeno dentro de un cilindro desde 300 K y 1.0 MPa hasta 300 K y 10MPa. El trabajo real requerido es de 200 kJ/kg. La presin y temperatura del medio ambiente son 101.325 kPa y 300 K. Determine:a) El trabajo til real [kJ/kg]

b) El trabajo til ideal [kJ/kg]

c) La irreversibilidad por unidad de masa