Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 6
Entonces, la relación del COP se convierte en
COP R
Q L
Q H Q L
1
Q H Q L 1
(6-9)
Observe que el valor del COP R puede ser mayor que la unidad. Es decir,
la cantidad de calor eliminada del espacio refrigerado puede ser mayor que la
cantidad de entrada de trabajo. Esto contrasta con la eficiencia térmica, la cual
nunca puede ser mayor que 1. De hecho, una razón para expresar la eficiencia
de un refrigerador con otro término, el coeficiente de desempeño, es el deseo
de evitar la rareza de tener eficiencias mayores que la unidad.
Bombas de calor
Otro dispositivo que transfiere calor desde un medio de baja temperatura a
otro de alta es la bomba de calor, mostrada esquemáticamente en la figura
6-21. Los refrigeradores y las bombas de calor operan en el mismo ciclo, pero
difieren en sus objetivos. El propósito de un refrigerador es mantener el espacio
refrigerado a una temperatura baja eliminando calor de éste. Descargar
este calor hacia un medio que está a temperatura mayor es solamente una parte
necesaria de la operación, no el propósito. El objetivo de una bomba de calor,
sin embargo, es mantener un espacio calentado a una temperatura alta. Esto se
logra absorbiendo calor desde una fuente que se encuentra a temperatura baja,
por ejemplo, agua de pozo o aire frío exterior en invierno, y suministrando
este calor a un medio de temperatura alta como una casa (Fig. 6-22).
Un refrigerador ordinario que se coloca en la ventana de una casa con
la puerta abierta hacia el frío aire exterior en invierno funcionará como una
bomba de calor porque tratará de enfriar el exterior absorbiendo calor de él
y rechazándolo hacia la casa a través de los serpentines situados detrás (Fig.
6-23).
La medida de desempeño de una bomba de calor también se expresa en
términos del coeficiente de desempeño COP HP , definido como
Espacio calentado tibio
a T H > T L
BC
Q H
Q L
Ambiente frío
a T L
Salida
deseada
W neto,entada
Entrada
requerida
FIGURA 6-21
El objetivo de una bomba de calor es
suministrar calor Q H hacia el espacio
más caliente.
Interior
caliente
a 20 °C
Q H = 7 kJ
Salida deseada
COP HP
Entrada requerida
que también se puede expresar como
Q H
W neto,entrada
(6-10)
COP = 3.5
BC
W neto,entrada = 2 kJ
Q H
1
COP HP
Q H Q L 1 Q L Q H
Una comparación de las ecuaciones 6-7 y 6-10 revela que
COP HP COP R 1
(6-11)
(6-12)
para valores fijos de Q L y Q H . Esta relación indica que el coeficiente de desempeño
de una bomba de calor siempre es mayor que la unidad puesto que
COP R es una cantidad positiva. Es decir, una bomba de calor funcionará,
en el peor de los casos, como un calentador de resistencia al suministrar
tanta energía como requiera la casa. Sin embargo, en realidad parte de Q H
se va al aire exterior a través de la tubería y otros dispositivos, por lo que el
COP HP podría ser menor que la unidad cuando la temperatura del aire exterior
es demasiado baja. Cuando esto sucede, el sistema cambia comúnmente
a un modo de calentamiento de resistencia. La mayor parte de las bombas de
calor que operan en la actualidad tienen un COP promedio para las estaciones
del año de entre 2 y 3.
Exterior frío
a 4 °C
Q L = 5 kJ
FIGURA 6-22
El trabajo suministrado a una bomba de
calor se usa para extraer energía del exterior
frío y llevarla al interior caliente.