Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

80
ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
TABLA 2-1
Eficacia de diferentes sistemas
de iluminación
Eficacia,
Tipo de iluminación lúmenes/W
Combustión
Vela 0.3
Lámpara de queroseno 1-2
Incandescente
Ordinaria 6-20
Halógeno 15-35
Fluorescente
Compacto 40-87
Tubo 60-120
Descarga de alta intensidad
Vapor de mercurio 40-60
Haluro metálico 65-118
Sodio a alta presión 85-140
Sodio a baja presión 70-200
Estado sólidos
LED 20-160
OLED 15-60
Límite teórico 300*
* Este valor depende de la distribución espectral de
la fuente ideal de la luz supuesta. Para fuentes de
luz blanca, el límite superior es alrededor de
300 lm/W para haluro metálico, 350 lm/W para
fluorescentes, y 400 lm/W para LED. El máximo
espectral tiene lugar a una longitud de onda de
555 nm (verde), con producción de luz de
683 lm/W.
15 W 60 W
FIGURA 2-57
Una lámpara fluorescente compacta de
15 W provee mucha más luz que un foco
incandescente de 60 W.
tifica para localidades con inviernos ligeros a moderados. Estas eficiencias se
logran al recuperar la mayor parte del calor contenido en los gases residuales,
condensar el vapor de agua y descargar dichos gases con temperaturas bajas
de 38 °C (o 100 °F) en lugar de casi 200 °C (o 400 °F) de los modelos estándar.
Para los motores de automóvil la salida de trabajo se entiende como la
potencia entregada por el cigüeñal, pero para las centrales eléctricas el trabajo
producido puede ser la potencia mecánica en la salida de la turbina, o la salida
de potencia eléctrica del generador.
Un generador es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía
eléctrica, y su efectividad se caracteriza por la eficiencia del generador, que
es la relación entre la salida de potencia eléctrica y la entrada de potencia
mecánica. La eficiencia térmica de una central eléctrica, la cual es de primordial
interés en termodinámica, se define como la relación entre la salida neta
de trabajo en la flecha de la turbina y la entrada de calor al fluido de trabajo.
Los efectos de otros factores se incorporan mediante la definición de una eficiencia
global para la central eléctrica, a partir de la relación entre la salida
neta de potencia eléctrica y la tasa de entrada de energía del combustible. Es
decir,
W# neto,eléctrico
h global h combustión h térmica h generador
HHV m # neto
(2-43)
Las eficiencias globales están entre 26 y 30 por ciento para motores de automóviles
de gasolina, entre 34 y 40 por ciento para los de diésel y entre 40 y
60 por ciento para las grandes centrales eléctricas.
De algún modo todo mundo está familiarizado con la conversión de energía
eléctrica en luz mediante focos incandescentes, fluorescentes y lámparas de
descarga de alta intensidad. La eficiencia para la conversión de electricidad en
luz se define como la relación entre la energía convertida a luz y la energía
eléctrica consumida. Por ejemplo, los focos incandescentes comunes convierten
en luz casi 5 por ciento de la energía eléctrica que consumen, mientras
el resto se disipa como calor y se suma a la carga de enfriamiento de los sistemas
de aire acondicionado durante el verano. Sin embargo, es más común
expresar la efectividad de este proceso de conversión mediante la eficacia de
iluminación, la cual se define como la cantidad de luz producida en lúmenes
por W de electricidad consumida.
En la tabla 2-1 se presenta la eficacia de diferentes sistemas de iluminación.
Como se puede observar, una lámpara fluorescente compacta produce por W
aproximadamente cuatro veces la luz de una incandescente y, en consecuencia,
una fluorescente de 15 W puede reemplazar a otra incandescente de 60 W
(Fig. 2-57). Además, una lámpara fluorescente compacta dura alrededor de
10 000 h, 10 veces la duración de una incandescente, y se conecta directamente
en el mismo receptáculo de esta última. Así, a pesar de su elevado costo inicial,
las fluorescentes compactas reducen los costos de iluminación al reducir de
manera considerable el consumo de electricidad. Las lámparas de descarga
de alta intensidad llenas de sodio proporcionan la mayor eficiencia de iluminación,
pero su uso está limitado al exterior debido al tono amarillento de la
luz que emiten.
Es posible definir la eficiencia de aparatos para cocer alimentos ya que
convierten la energía eléctrica o química en calor. La eficiencia de un aparato
para cocinar se define como la relación entre la energía útil transferida
a los alimentos y la energía que consume el aparato (Fig. 2-58). Las estufas
eléctricas son más eficientes que las de gas, pero es mucho más barato cocinar