Question

El cilindro de un motor de combustión interna, contiene 2,500 cm cúbicos de gas de
combustión, producido a una presión de 5 bar ́s y una temperatura de 867 grados
celsius, justo cuando la válvula se abre, determine la EXERGIA específica del gas en
KJ/Kg
Ignore el efecto del movimiento y gravedad, además modele los productos de
combustión del aire, comportándose como un gas ideal.
Considera los siguientes datos:
Temperatura en estado muerto (To) de 300 grados Kelvin
Presión en estado muerto (Po) de 1.013 Bar ́s

Answer 1

 Justamente cuando la válvula se abre la Exergia del gas sera :                    Xc = 358.847 kJ/kg

  Para calcular la exergia del gas justamente cuando la válvula se abre, se calcuala como se muestra a continuación :

V = 2500 cm³

P1 = 5 bar

T = 867°C = 1140°K

R = 8.3144 J/mol.K

M = 28.97 kg/K.mol

Datos en estado muerto (Entorno):

To = 300K (27°C)

Po = 1.013 Bar

Con el valor de la temperatura buscamos en la tabla de propiedades termodinámicas del aire los valores de la energía interna y entropia

T =1140K

>u1 = 880.35 kJ/kg

>s1 = 3.11883 kJ/kg.K

To = 300K

>uo = 214.07 kJ/kg

>so = 1.70203 kJ/kg.K

La ecuación de energía esta dada por la siguiente expresión :

Xc = (U - Uo)+Po(V - Vo) - To(S - So)

(U-Uo) = (880.35 - 214.07)kJ/kg = 666.28 kJ/kg

(S - So) = S(t) - S(to) - R/M ln(P/Po) = (3.11883 - 1.70203)kJ/kg.K - (8.3144 J/mol.K / 28.97 kg/K.mol) * ln (5/1.013)bar

(S - So) = 1.4168 kJ/kg.K - (8.3144 J/mol.K / 28.97 kg/K.mol)*(1kJ/1000J*1000mol/1Kmol)*ln(5/1.013)bar

(S - So) = 0.9585 kJ/kg.K

To(S - So) = 0.9585 kJ/kg.K * 300K

To( S- So) = 287.55 kJ/kg

Po(V - Vo) = R/M*(PoT/P - To)

Po(V - Vo) = (8.3144 J/mol.K/28.97 kg/K.mol)(1kJ/1000J*1000mol/1Kmol)*(1.013bar*1140K/5bar - 300K)

Po(V - Vo) = - 19.813 kJ/kg

SUSTITUIMOS EN ECUACION DE LA EXERGIA

Xc = 666.28 kJ/kg + ( - 19.813 kJ/kg) - 287.55 kJ/kg

Xc = 358.847 kJ/kg