Optimal configuration of a finite mass reservoir isothermal chemical engine for maximum work output with linear mass transfer law

Shaojun Xia, Lingen Chen, Fengrui Sun

Resumen


En el presente trabajo se presenta un motor químico endoreversible isotérmico trabajando entre un recipiente finito de alto potencial químico y un recipiente infinito de bajo potencial químico, en el cual, la transferencia de masa entre el fluido de trabajo y la masa contenida obedece a la ley lineal de transferencia de masa [g ∝ Δμ]. Se aplica la teoría del control óptimo para determinar la configuración óptima del ciclo, correspondiente al máximo trabajo de salida para el tiempo total del ciclo. La configuración del ciclo óptimo es el de un motor químico endoreversible isotérmico en el cual, el potencial químico (concentración) de la componente clave en el recipiente finito masivo de alto potencial químico y el del fluido de trabajo cambian de forma no lineal con el tiempo. La diferencia en los potenciales químicos (cociente de las concentraciones) entre el componente clave del recipiente finito masivo y el fluido de trabajo es una constante, y el potencial químico (concentración) del componente clave en el fluido de trabajo del lado del potencial químico bajo es también una constante. Se proporciona un ejemplo numérico donde se analizan los efectos del cambio en la concentración en la componente clave del recipiente finito con alto potencial químico respecto de la configuración óptima del motor químico. Los resultados obtenidos se comparan con los obtenidos para un motor térmico endoreversible que trabaja entre una fuente de calor finita y un disipador de calor infinito, que obedece a la ley de Newton de transferencia de calor (q ∝ ΔT) en los procesos de tranferencia de calor. El objeto de estudio en el presente trabajo es general y los resultados podrían proporcionar algunas pautas para el diseño óptimo y funcionamiento de motores químicos reales.

Palabras clave


Recipiente finito de alto potencial químico; motor químico isotérmico endoreversible; máximo trabajo de salida; control óptimo; optimización termodinámica generalizada

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