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
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13 Rendimiento térmico de un motor
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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):
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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
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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
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31 (TA y TB constantes: el proceso más simple) Exergía destruida en un paso directo de calor (Q)
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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
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