Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 2
eléctrica que consumen. El vendedor aclararía todo si explicara que las pérdidas
de calor del depósito de agua caliente al aire circundante equivalen a
10 por ciento de la energía eléctrica consumida, y que la eficiencia de un
calentador de agua se define como la relación entre la energía que el agua
caliente entrega a la casa y la energía suministrada al calentador de agua.
El vendedor puede incluso sugerir la compra de un calentador de agua más
caro equipado con un mejor aislamiento cuya eficiencia es de 94 por ciento.
Si el consumidor está informado y cuenta con una instalación de gas natural
es probable que compre un calentador de gas cuya eficiencia es de sólo 55
por ciento, ya que cuesta casi lo mismo comprar e instalar una unidad de este
tipo que una eléctrica, pero el costo anual de energía de la primera será mucho
menor que el de la segunda.
Quizá se pregunte cómo se define la eficiencia para un calentador de agua
a base de gas y por qué es mucho menor que la de un calentador eléctrico.
Por regla general, la eficiencia de equipo que quema combustible se basa en
el poder calorífico del combustible, el cual es la cantidad de calor liberado
cuando se quema por completo una unidad de combustible y los productos de
la combustión se enfrían a la temperatura ambiente (Fig. 2-56). Entonces el
rendimiento del equipo de combustión se puede caracterizar por la eficiencia
de combustión, la cual se define como
h combustión Q Cantidad de calor liberado durante la combustión
HV Poder calorífico del combustible quemado
(2-42)
Una eficiencia de combustión de 100 por ciento indica que el combustible
se quema completamente y los gases residuales salen de la cámara de combustión
a temperatura ambiente; en consecuencia, la cantidad de calor liberada
durante un proceso de combustión es igual al poder calorífico del combustible.
La mayor parte de los combustibles contienen hidrógeno, que forma agua
durante la combustión. El poder calorífico de un combustible será diferente
dependiendo de si el agua en los productos de la combustión se halla en forma
líquida o de vapor. El poder calorífico se denomina poder calorífico inferior
o LHV (lower heating value) cuando el agua sale como vapor, y poder calorífico
superior o HHV (higher heating value) cuando el agua en los gases de
combustión se condensa por completo, de manera que también se recupera
el calor de vaporización. La diferencia entre estos dos poderes caloríficos es
igual al producto de la cantidad de agua y la entalpía de vaporización del agua
a temperatura ambiente. Por ejemplo, los poderes caloríficos inferior y superior
de la gasolina son 44 000 kJ/kg y 47 300 kJ/kg, respectivamente. Una
definición de eficiencia debería dejar claro si se basa en el poder calorífico
inferior o superior del combustible. Las eficiencias de los motores de automóviles
y aviones a reacción normalmente se basan en poderes caloríficos
inferiores pues regularmente el agua sale en forma de vapor en los gases de
escape y resulta prácticamente imposible intentar recuperar el calor de vaporización.
Por otro lado, las eficiencias de los hornos se basan en poderes caloríficos
superiores.
La eficiencia de los sistemas de calefacción de edificios residenciales y
comerciales se expresa comúnmente en términos de la eficiencia anual de utilización
de combustible, o EAUC, la cual representa la eficiencia de combustión
y otras pérdidas como las de calor hacia áreas no calentadas, de encendido y de
enfriamiento. La EAUC de la mayor parte de los nuevos sistemas de calefacción
es aproximadamente de 85 por ciento, mientras que la de algunos viejos
sistemas es inferior a 60 por ciento. La EAUC de algunos hornos nuevos de
alta eficiencia es mayor a 96 por ciento, pero el alto costo de éstos no se jus-
Tipo
Calentador
de agua
Gas, ordinario
Gas, alta eficiencia
Eléctrico, ordinario
Eléctrico, alta eficiencia
Eficiencia
55%
62%
90%
94%
FIGURA 2-55
Eficiencias representativas de calentadores
de agua ordinarios, de alto rendimiento,
eléctricos y de gas natural.
© The McGraw-Hill Companies, Inc./Jill Braaten,
photographer.
Aire
25°C
Gases de combustión
25°C CO 2 , H 2 O, etc.
Cámara de
combustión
LHV = 44 000 kJ/kg
1 kg
de gasolina
25°C
FIGURA 2-56
Definición del poder calorífico de la
gasolina.