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Revista mexicana de física

versión impresa ISSN 0035-001X

Resumen

XIA, Shaojun; CHEN, Lingen  y  SUN, Fengrui. Finite-time exergy with a finite heat reservoir and generalized radiative heat transfer law. Rev. mex. fis. [online]. 2010, vol.56, n.4, pp.287-296. ISSN 0035-001X.

En este trabajo se investiga el problema del maximo trabajo que es posible extraer del sistema consistente en un recipiente térmico finito y un subsistema con la ley generalizada de transferencia de calor por radiación [q ∞ Δ (Tn)]. Se obtiene la exergía de tiempo finito para una duración fija y un estado inicial del subsistema dado aplicando la teoría de control óptimo. La configuración (óptima de temperatura del subsistema para la exergía de tiempo finito consiste en tres segmentos: la rama instantánea adiabática inicial y final, y la rama de transferencia de calor intermedia. El análisis de ejemplos especiales muestra que la configuración óptima de la rama de transferencia de calor con la ley de Newton de transferencia térmica [q ∞ Δ (T)] es aquella en la que la temperatura del recipiente y del subsistema cambian exponencialmente con el tiempo y la razón de temperaturas es constante. La configuración óptima de la rama de transferencia térmica con la ley lineal fenomenológica [q ∞ Δ (T-1)] es aquella en la que las temperaturas del recipiente y del subsistema cambian lineal y no linealmente con el tiempo respectivamente y la diferencia en la temperatura recíproca entre ellos es constante. La configuración óptima para la rama de transferencia térmica con la ley radiativa de transferencia de calor [q ∞ Δ (T4)] es significativamente diferente de las que emplean las dos leyes anteriores. Se dan ejemplos numéricos, se analizan los efectos de los cambios en la capacidad calorífica del recipiente en los resultados optimizados, y los resultados para los casos con alguna ley especial de transferencia térmica se comparan unos con otros. Los resultados muestran que las leyes de transferencia térmica tienen efectos significativos en la exergía de tiempos finitos y en el proceso termodinámico óptimo correspondiente. La exergía de tiempos finitos tiende a la de la termodinámica clásica y la potencia promedio tiende a cero cuando la duración del proceso tiende a ser infinitamente largo. También se hacen algunas modificaciones a resultados recientemente publicados.

Palabras llave : Termodinámica a tiempos finitos; exergía a tiempos finitos; recipiente térmico finito; ley generalizada de transferencia de calor por radiación; control óptimo.

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