4.9 Balance de exergía en sistemas cerrados

A mayor parte de los procesos industriales tienen lugar en sistemas abiertos. Cuando se lleva a cabo un proceso semicontinuo o continuo se denomina un sistema abierto. En un sistema abierto es posible la transferencia de masa y de energía a través de sus límites; la masa contenida en él no es necesariamente constante. Una pared también puede ser semipermeable, si permite el paso sólo de algunas sustancias.

En los procesos técnicos se toma una serie de flujos continuos de masa que son sometidos a interacción entre sí y con su entorno. Estas interacciones producen transformaciones de tipo físico y químico dando lugar a intercambios energéticos de tipo mecánico o térmico con el exterior del sistema y a la obtención de nuevas corrientes continuas de masa como producto del proceso. Estos procesos de transformación e intercambio energético, tienen lugar, por tanto en sistemas termo-dinámicos abiertos.

Trabajo de flujo y de flecha: La velocidad neta de trabajo realizato por un sistema abierto sobre sus alrededores se expresa como:

W= W_s+W_fl

Ws= trabajo de flecha o velocidad de trabajo realizada por el fluido del proceso sobre alguna parte móvil dentro del sistema

W_fl=Trabajo de flujo o trabajo realizado por el fluido en la salida del sistema menos la velocidad de trabajo realizada sobre el fluido en la entrada del sistema

Para comenzar explicaremos la expresión trabajo de flujo. A una unidad de proceso ingresa y sale un volumen de un fluido a una presión. El fluido que entra al sistema experimenta trabajo realizado sobre él por el fluido que se encuentra justo detrás por lo tanto;

W_entrada=P_entrada*V_entrada

Mientras que el fluido de salida realiza el trabajo sobre el flujo anterior de tal manera que

W_salida=P_salida*V_salida

Por lo tanto;

W_fl= P_salida*V_salida - P_entrada*V_entrada

Si existen varias corrientes de entrada y salida llegan y se van del sistema, los productos PV de cada una deberán sumarse para determinar W_fl