Las relaciones
de balance de exergía para los volúmenes de control difieren de aquellas para
los sistemas cerrados en los que se involucra un mecanismo más de transferencia
de exergía: el flujo másico a través de las fronteras. Como se mencionó
antes, la masa posee exergía así como energía y entropía, y las cantidades de
estas tres propiedades extensivas son proporcionales a la cantidad de masa.
Tomando nuevamente la dirección positiva de la transferencia de calor hacia el
sistema y la dirección positiva de la transferencia de trabajo desde el
sistema, las relaciones generales de balance de exergía pueden expresarse más explícitamente para un
volumen de control como
o
También puede expresarse en la forma de tasa como
La relación
anterior de balance de exergía puede enunciarse como: la tasa de cambio de
la exergía dentro del volumen de control durante un proceso es igual a la tasa
neta de transferencia de exergía a través de la frontera del volumen de control
por calor, trabajo y flujo másico menos la tasa de destrucción de exergía
dentro de la frontera del volumen de control.
Cuando los
estados inicial y final del volumen de control están especificados, el cambio
de exergía del volumen de control es X2-X1=m2ψ2-m1ψ1.
Balance de exergía para sistemas de flujo estacionario
La
mayoría de los volúmenes de control encontrados en la práctica, como turbinas, compresores,
toberas, difusores, intercambiadores de calor, tuberías y ductos operan en
forma estacionaria, por lo tanto no experimentan cambio en sus contenidos de
masa, energía, entropía y exergía, así como en sus volúmenes.
Por
consiguiente, dVVC/dt =0 y dXVC/dt
= 0 para tales sistemas, y la cantidad de exergía que entra en un sistema
de flujo estacionario en todas las formas (calor, trabajo, transferencia de
masa) debe ser igual a la cantidad de exergía que sale más la exergía
destruida. Entonces la forma de tasa del balance general de exergía para un proceso
de flujo estacionario se reduce a
Para un
dispositivo de flujo estacionario y una sola corriente (una entrada, una
salida), la relación anterior se reduce aún más a
donde los
subíndices 1 y 2 representan los estados de entrada y salida. ṁ es el flujo másico, y
el cambio en la exergía de flujo está dado por la ecuación como
Entre ṁ se
obtiene el balance de exergia por unidad de masa
Donde q=Q/ṁ y w=Ẇ/ṁ son la transferencia de calor y el trabajo
realizado por unidad de masa del fluido de trabajo, respectivamente.
Muchas gracias! Me sirvió mucho
ResponderBorrarMuchas gracias por tu comentario :)
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