Termodinámica Ténica FRSR-UTN Presentacion Unidad Nº6 2023.ppsx

termodinamica

1. TERMODINÁMICA TÉCNICA
UTN - Facultad Regional San Rafael
Departamento: Ingeniería Electromecánica
Área: Calor y Fluidos
Carga Horaria: 08 hs semanales
Prof. Asociado: Ing. Mg. Horacio Muros
J.T.P. : Ing. Marcelo Moliterno
Ayudante: Ing. Gabriel Perez

2. El contenido de esta presentación y sus imágenes han sido seleccionadas y bajadas dentro de las
posibilidades que se presentan las TICs desde la Web; y su fin es de uso exclusivamente didáctico y
esta relacionado con la posibilidad de lograr una mejor «mediación pedagógica» de los distintos
saberes relacionados con el desarrollo de la materia. Agradecemos a quienes suben y comparten de
alguna manera estos contenidos

Mg. Ing. Horacio Muros

3. « La admiración

es el principio

de la sabiduría »



Aristóteles

4. Carta que
 Issac Newton envió a Robert Hooke el 5 de febrero de 1675

5. “Al hombre se le puede arrebatar todo salvo una cosa:
 la
última de las libertades humanas, la
 elección de la actitud
personal
 que debe adoptar frente al destino para decidir su
propio camino.”
 
 
                                                             
Viktor Frank
“ Ser ingeniero es una forma
de vivir y trascender en la vida ”
“TODO HOMBRE TIENE VOCACIÓN A LA
 TRASCENDENCIA “
“EL SER HUMANO ES UN SER DE POSIBILIDADES” Francesc Torralba

7. ENERGÍA
MECÁNICA
ENERGÍA
ELÉCTRICA
MAGNÉTICA
ENERGÍA
TÉRMICA
ENERGÍA
FLUIDO -
DINÁMICA
INGENIERÍA
ELECTROMECÁNICA

8. HORARIOS

9. PROGRAMA DE TERMODINÁMICA TÉCNICA
Unidad Nº1 “Conceptos fundamentales, Principio Cero”
Unidad Nº2 “Gases ideales y reales”
Unidad Nº3 “1er Principio de la Termodinámica y Transformaciones”
Unidad Nº4 “2do principio de la Termodinámica”
Unidad Nº5 “Entropía y 3er principio de la termodinámica ”
Unidad Nº6 “Exergía”
Unidad Nº7 “Compresores de gas”
Unidad Nº8 “Ciclo de Motores Térmicos que usan Gas”
Unidad Nº 9 “Vapores”
Unidad Nº 10 “Ciclo de Máquinas Térmicas a Vapor”
Unidad Nº11 “Ciclos Frigoríficos”
Unidad Nº 12 “Aire Húmedo”
Unidad Nº 13 “Toberas y Difusores”
Unidad Nº 14 “Transferencia del Calor”

11. COMPETENCIAS GENÉRICAS
1. Competencia para identificar, formular y resolver problemas de
ingeniería.
2. Competencia para concebir, diseñar y desarrollar proyectos de
ingeniería (sistemas, componentes, productos o procesos).
3. Competencia para gestionar-planificar, ejecutar y controlar
proyectos de ingeniería (sistemas, componentes, productos
o procesos).
4. Competencia para utilizar de manera efectiva las técnicas y
herramientas de la ingeniería.
5. Competencia para contribuir a la generación de desarrollos
tecnológicos y/o innovaciones tecnológicas.
6. Competencia para desempeñarse de manera efectiva en equipos
de trabajo.
7. Competencia para comunicarse con efectividad.
8. Competencia para actuar con ética, responsabilidad profesional y
compromiso social, considerando el impacto económico, social y
ambiental de su actividad en el contexto local y global.
9. Competencia para aprender en forma continua y autónoma.
10. Competencia para actuar con espíritu emprendedor.

12. COMPETENCIAS ESPECÍFICAS
CE1.1: Proyectar, diseñar, calcular máquinas, equipos, dispositivos, instalaciones y sistemas
eléctricos o mecánicos para el desarrollo e implementación de soluciones tecnológicas óptimas,
tomando en cuenta las normas vigentes, la mayor eficiencia en el uso de recursos, la ética,
responsabilidad profesional, la seguridad, sustentabilidad y minimización de impactos
ambientales y sociales de las alternativas posibles
CE1.3: Proyectar, diseñar, calcular sistemas de generación, transformación, transporte y
distribución de energía eléctrica, mecánica, térmica, hidráulica y neumática o combinación de
ellas, para el desarrollo e implementación de soluciones tecnológicas óptimas, tomando en
cuenta las normas vigentes, con la mayor eficiencia en el uso de recursos, con criterios de
seguridad, sustentabilidad y minimización de impactos de todo tipo.
CE2.1: Proyectar, dirigir y controlar la construcción, operación y mantenimiento de máquinas,
equipos, dispositivos, instalaciones y sistemas eléctricos y/o mecánicos y sistemas e instalaciones
de automatización y control; sistemas de generación, transformación, transporte y distribución
de energía eléctrica, mecánica, térmica, hidráulica y neumática o combinación de ellas, para el
desarrollo e implementación de soluciones tecnológicas óptimas que aseguren su puesta en
servicio y operación, tomando en cuenta las normas vigentes, las mejores prácticas operativas, la
mayor eficiencia en el uso de recursos, ética, responsabilidad profesional y con criterios de
seguridad, sustentabilidad y minimización de impactos ambientales y sociales de las alternativas
posibles.

14. Unidad Nº6 “Exergía”
 
Exergía: Concepto de energía utilizable.
Exergía por desequilibrio térmico. Energía
utilizable para sistemas cerrados y abiertos.
Funciones de Darrieus. Exergía por
desequilibrio mecánico. Efectividad térmica
o rendimiento exergético para ciclos
reversibles e irreversibles.
 
Objetivos de aprendizaje:
 
6.1 Definir con sus propias palabras qué es
energía utilizable y energía no utilizable.
6.2 Calcular la energía utilizable para
sistemas cerrados y abiertos
6.3 Determinar el trabajo máximo asociado
con un sistema cerrado.
6.4 Determinar el rendimiento exegético
para ciclos reversibles e irreversibles

15. Tanto la atmósfera como los océanos tienen
una gran cantidad de energía acumulada,
pero muy poca puede ser transformada
en trabajo útil…poco potencial de trabajo útil
MUCHA ENERGÍA… POCA EXERGÍA

18. Estado Vivo:
El estado termodinámico de un sistema esta determinado por sus parámetros
macroscópico ( P, v , T ) y por sus propiedades U , h y S. En este estado el sistema
tiene una determinada disponibilidad o potencialidad de poder realizar un trabajo
útil, caracterizando esta propiedad por una función termodinámica llamada
EXERGÍA .
Estado Muerto
Ambiente Estable de Referencia (AER)
El ambiente proporciona, un nivel de referencia natural
para la determinación de la energía utilizable.
Ambiente o estado de referencia que se encuentra en
equilibrio termodinámico ( térmico, mecánico y químico )
con el medio ambiente cuyos parámetros son
especificados como To = 25 ºC y Po = 1 atm, teniendo
como propiedades del sistema Uo, ho y So.
En el estado de equilibrio el sistema con el medio
ambiente no hay posibilidad de realizar ningún trabajo,
por tanto su potencial de trabajo es nulo: estado muerto.
En el estado muerto no
hay tampoco efectos de
desequilibrio, eléctricos o
magnéticos o esfuerzos y
tensiones.

20. EXERGÍA
Conceptualmente hace referencia referencia a la “utilidad potencial” o “disponibilidad” de
una determinada fuente de energía. Si el estado de una cantidad de energía de un sistema es
diferente al del ambiente, existirá la posibilidad de evolucionar a través de la energía en
tránsito (en forma de calor o trabajo) hacia un estado de equilibrio con el ambiente.
Se puede entender como el trabajo máximo teórico que podría obtenerse de la interacción
entre un determinado sistema termodinámico y el ambiente de referencia. Es la parte de la
energía que tiene un sistema y que es posible convertir en trabajo útil hasta alcanzar su
equilibrio con el nivel energético del medio ambiente.
El concepto original 1893 nace en Francia del Prof. Louis Georges Gouy llamándola “ Energía
utilizable”
En 1935 el Ing. Darrieus hace aplicación generalizada de este concepto.
En 1953 el Prof. Rant introduce la palabra “ Exergíe”
De la denominación “Exergíe” deriva la palabra “ EXERGÍA “
El concepto de Exergía permite vincular el primer y el segundo principio de la termodinámica
analizando la energía en su faceta cuantitativa y cualitativa.

21. a)Transferencia de calor del sistema al medio ambiente como
fuente térmica o manantial a la temperatura To .
Considerando que en la enorme capacidad calorífica de la
fuente fría, los intercambios de calor afectarán
despreciablemente a su temperatura To.
b)Intercambio de trabajo de expansión o compresión del
sistema sobre el medio, como mecanismo de transferencia
de energía utilizable, se produce sólo cuando el sistema
experimenta un cambio de volumen. Cuando cambia en un
∆V cuasi-estáticamente, el sistema realiza un trabajo po ∆V
sobre el ambiente, que no es trabajo útil, y puede ser
recuperado si sistema vuelve cuasiestáticamente al volumen
inicial.
c)Intercambio de materia o masa, como depósito de
sustancias de trabajo potencial químico, en equilibrio
estable, esto puede producirse en sistemas abiertos.
A consecuencia de estas interacciones, el ambiente determina los niveles de temperatura, presión y
potenciales químicos que han de tomarse como referencia para los cálculos de energía utilizable.
Cuando el sistema llega al equilibrio termodinámico completo con el ambiente, la presión, la
temperatura y los potenciales químicos del sistema son iguales a los del ambiente ( To = 25 ºC y Po =
1 Atm) por tanto no se pueden producir interacciones de calor, trabajo y reacciones químicas…. se
dice que se encuentra en un estado muerto.
El sistema en estado vivo ( P, v , T , U , h y S ) puede interactuar con el ambiente o medio
de tres formas:

22. ENERGÍA = CALOR ÚTIL + CALOR NO ÚTIL
ENERGÍA = EXERGÍA + ANERGÍA
EXERGÍA: PARTE DE LA ENERGÍA QUE SE PUEDE
TRASFORMAR EN TRABAJO ÚTIL o bien la parte de esta que se
considera como ENERGÍA DISPONIBLE ( availability energy )
“PORCIÓN DE LA ENERGÍA QUE PUEDE TRANSFORMARSE
EN TRABAJO MECÁNICO” Rant (1956).

ANERGÍA: PARTE DE LA ENERGÍA QUE NO PUEDE
TRANSFORMARSE EN TRABAJO ÚTIL

23. Exergía:
“La energía es equivalente en cantidad, pero no en calidad”
La calidad de la energía esta relacionada con la posibilidad de producir cambios y
transformaciones, valiéndose de dos mecanismos: el calor y el trabajo, el primero asociado a la
variación de propiedades microscopias del sistema y el segundo de alguna de la propiedades
macroscópicas de mismo.
La energía a más temperatura tiene mas posibilidades de ser transformada mediante calor que a
menos temperatura, a medida que la fuente de energía disminuye su temperatura esta se vuelve
menos transformable y de menos calidad
La posibilidad de medir la calidad de la energía y su capacidad o potencial para producir trabajo
llevan a definir una propiedad termodinámica que permite determinar el potencial de trabajo
útil de una determinada cantidad de energía que puede alcanzar por interacción espontanea
entre un sistema que la contiene y su entorno.
Mediante esta propiedad termodinámica “exergía”: podemos determinar en forma cuantitativa
el valor del trabajo máximo útil que podemos extraer de un sistema, recordando que en todos
los procesos reales existe además una reducción del trabajo útil, asociado a las irreversibilidades
que se presentan y los respectivos aumentos en la entropía del sistema; observando que cuanto
mayor es la producción de entropía (por irreversibilidades), menor es el aprovechamiento de la
energía que puede transformarse en trabajo útil o de la exergía como parte constitutiva de la
energía.

24. PROPIEDADES DE LA EXERGÍA
La exergía es una propiedad TERMODINÁMICA de los sistemas cerrados, es una función potencial al igual que la energía,
no es una función de estado.
Todo sistema que se encuentra a una temperatura diferente del estado muerto tiene exergía debido al desequilibrio
térmico existente y puede entenderse como la cantidad máxima de energía que puede transformarse en trabajo útil,
entendiendo por útil el que no se emplea en actuar contra el ambiente.
La exergía puede transferirse hacia o desde un sistema, de tres maneras por calor , trabajo o bien por el flujo másico
El valor de la exergía no puede ser negativo, si bien las transferencias de exergía asociadas a flujos de energía en tránsito
(en forma de calor o trabajo) pueden tener uno u otro signo dependiendo del sentido y naturaleza de dichos flujos. La
exergía no se conserva, sino que se destruye a causa de las irreversibilidades.
La exergía nunca aumenta y puede ser destruida ( POR LAS IRREVERSIBILIDADES ) .
Durante los cambios de estados termodinámicos se pone en juego un gasto de exergía; por lo que esta nunca aumenta, no
se conserva y no se recupera; se transfiere y se destruye, llegando a anularse cuando el sistema alcanza el equilibrio
termodinámico con el medio ambiente en el estado muerto.
Transferencia de exergía asociada a un flujo de calor que llega o parte de un foco a una temperatura. Se trata del trabajo
máximo “teórico” que se podría obtener de dicho flujo de calor cuando es intercambiado con el ambiente
Transferencia de exergía asociada al trabajo: Se trata del máximo trabajo “teórico” utilizable del flujo de trabajo puesto en
juego en un determinado proceso. Si el sistema cambia de volumen en dicho proceso, parte del trabajo realizado por este
deberá emplearse en desplazar al ambiente que ejerce una presión uniforme “Po” correspondiente al estado de referencia
o muerto.
Si el sistema no sufre un cambio de volumen, la transferencia de exergía asociada al trabajo será igual al propio trabajo del
sistema (es el caso de un flujo de trabajo térmico o trabajo intercambiado a través de un eje, un ejemplo de esto es el caso
de un motor eléctrico ).

25. MAQUINA TÉRMICA … ¿ h INVERNO > h VERANO?

27. CICLO DE CARNOT

29. CICLO CARNOT FUENTE FRÍA T2 = To

31. CICLO CARNOT FUENTE FRÍA T2 > To

34. EXERGÍA EN UNA TRANSFORMACIÓN

35. EXERGÍA EN UN CICLO

36. EXERGÍA EN UN CICLO

40. Componentes
de la EXERGÍA

41. La exergía nos da el máximo de trabajo útil que podemos extraer de un
sistema, para ello, hay que suponer procesos completamente reversibles y por
tanto sin producción de entropía; en un proceso real siempre se produce
entropía, lo que implica una reducción del trabajo útil que podemos extraer del
sistema, es decir, cuanto mayor en la producción de entropía por
irreversibilidades, menor es el aprovechamiento de su exergía.
En muchos casos pueden existir distintas interpretaciones válidas dentro de
un orden lógico, que suelen depender de si los flujos exergéticos residuales
que abandonan el sistema son o no aprovechados para otros usos en otra
instalación o en otro elemento de la misma instalación.
Esta información, no puede obtenerse con otro tipo de análisis energético, de
allí la utilidad del análisis exergético; ya sea para mejorar la eficiencia global
de un sistema, o bien para poder comparar varios sistemas.
El análisis exergético permite identificar
los componentes o equipos del sistema
con las mayores ineficiencias
termodinámicas, localizarlos,
cuantificar las mismas, y saber las
fuentes y procesos que causan
irreversibilidades. La dificultad reside
en identificar estas causas para un
sistema o instalación particular a fin de
poder disminuirlas o controlarlas.

42. RENDIMIENTO EXERGÉTICO
CICLO CARNOT

44. RENDIMIENTO EXERGÉTICO CON IRREVERSIBILIDADES

46. https://www.youtube.com/watch?v=kGvTxiMQz_A
EXERGÍA