Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 11
COP R,máx COP R,rev COP R,Carnot
T L
T H T L
1
T H T L 1
(11-9)
Los ciclos de refrigeración reales no son tan eficientes como los ideales
como el ciclo de Carnot, debido a las irreversibilidades que implican. Pero la
conclusión que podemos sacar de la ecuación 11-9 de que el COP es inversamente
proporcional a la diferencia de temperaturas T H – T L es igualmente
válida para ciclos de refrigeración reales.
El objetivo de un análisis de la segunda ley de un sistema de refrigeración
es determinar los componentes que se pueden beneficiar al máximo por mejoras.
Esto se realiza identificando las ubicaciones con mayor destrucción de
exergía, y los componentes con la menor exergía o eficiencia de la segunda
ley. La destrucción de energía en un componente se puede determinar directamente
a partir de un balance de exergía o, indirectamente, calculando primero
la generación de entropía y usando luego la relación
X (11-10)
dest T 0 S gen
donde T 0 es la temperatura ambiental (el estado muerto). Para un refrigerador,
T 0 es usualmente la temperatura del medio a alta temperatura T H (para una
bomba térmica, es T L ). Las destrucciones de exergía y las eficiencias de exergía
o de la segunda ley para los componentes principales de un sistema de refrigeración
que operan en el ciclo que se muestra en la figura 11-9 se pueden escribir
como sigue:
Compresor:
X dest,1 2 T 0 S gen,1 2 m T 0 s 2 s 1
(11-11)
T H
.
Q
3
H
Condensador
Válvula de
expansión
Evaporador
4
.
Q L
T L
Ambiente
tibio
2
FIGURA 11-9
El ciclo de refrigeración por compresión
de vapor considerado en el
análisis de la segunda ley.
1
Ambiente
frío
Compresor
.
W ent
II,Comp
X recuperada
X gastada
W rev
W real,ent
m h 2 h 1 T 0 s 2 s 1
m h 2 h 1
2 1
h 2 h 1
1
X dest,1 2
W real,ent
(11-12)
Condensador:
X dest,2 3 T 0 S gen,2 3 T 0 m s 3 s 2
Q H
T H
(11-13)
II,Cond
X recuperada
X gastada
X Q H
X 2 X 3
Q H 1 T 0 T H
X 2 X 3
Q H 1 T 0 T H
m h 2 h 3 T 0 s 2 s 3
1
X dest, 2 3
X 2 X 3
(11-14)
Observe que, cuando T H = T 0 , que es normalmente el caso para los refrigeradores,
η II,Cond = 0, ya que no hay exergía recuperable en este caso.
Válvula de expansión:
X dest,3 4 T 0 S gen,3 4 m T 0 s 4 s 3
(11-15)
II,Válv exp
X recuperada
X gastada
0
X 3 X 4
0 o
II,Válv exp 1
X dest,3 4
X gastada
1
X 3 X 4
X 3 X 4
0
(11-16)