Balance De Exergía.

6.5. Balance de exergía.

SISTEMAS CERRADOS

La naturaleza de la exergía es opuesta a la de la entropía, en la cual la exergía puede destruirse pero no puede crearse. Por consiguiente, 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. Entonces el principio de disminución de exergía puede expresarse como

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.

Anteriormente se mencionó que la exergía puede transferirse hacia o desde un sistema por transferencia de calor, trabajo y masa. Entonces el balance de exergía para cualquier sistema que experimenta cualquier proceso puede expresarse más explícitamente como

Donde las tasas de transferencia de exergía por calor, trabajo y masa se expresan como X_calor=(1-T_0⁄(T)) Q,X_trabajo=W_Util y X_masa=mψ, respectivamente. El balance de exergía también puede expresarse por unidad de masa como:

General,por unidad de masa:(X_ent-X_sal )-X_destruida=〖Δx〗_sistema (kj⁄kg )(8-39)

Donde todas las cantidades se expresan por unidad de masa del sistema. Observe que para un proceso reversible, el término de destrucción de exergía X_destruida desaparece de todas las relaciones anteriores. Asimismo, normalmente es más conveniente encontrar primero la generación de entropía S_gen y después evaluar la exergía destruida directamente de la ecuación:

X_destruida=T_0 S_gen o X ̇_destruida=T_0 S ̇_gen (8-39)

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 más explícitamente como:

Donde Q_K es la transferencia de calor a través de la frontera a la temperatura T_k en lugar de k. Si se divide la ecuación anterior por el intervalo de tiempo Δt y se toma el limite cuando Δt ⟶0. Se obtiene en forma de tasa el balance de exergía para un sistema cerrado,

...