Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE REFRIGERACIÓN
Evaporador:
X dest,4 1 T 0 S gen,4 1 T 0 m s 1 s 4
Q L
T L
(11-17)
II,Evap
X recuperada
X gastada
X Q L
X 4 X 1
Q L T 0 T L T L
X
4 X 1
Q L T 0 T L T L
m h 4 h 1 T 0 s 4 s 1
1
X dest,4 1
X 4 X 1
(11-18)
Aquí, X Q representa el positivo de la tasa de exergía correspondiente a la
L
remoción de calor del medio de baja temperatura a T L , a razón de Q L. Observe
que las direcciones de la transferencia de calor y la exergía se vuelven opuestas
cuando T L < T 0 (es decir, la exergía del medio de baja temperatura aumenta
cuando pierde calor). Asimismo, X Q es equivalente a la potencia que se puede
L
producir por una máquina de ciclo de Carnot que recibe calor de un entorno a
T 0 y rechaza calor a un medio de baja temperatura a T L , a razón de Q L, que se
puede demostrar que es
X Q (11-19)
L Q 0 T L
LT
T L
Por la definición de reversibilidad, esto es equivalente al suministro de potencia
mínima o reversible necesaria para quitar el calor a razón de Q . L, y rechazarlo
al ambiente a T 0 . Es decir, W rev,ent W mín,ent X Q .
L
Observe que, cuando T L = T 0 , que es frecuentemente el caso para bombas
térmicas, h II,Evap 0, ya que no hay exergía recuperable en este caso.
La destrucción total de exergía asociada al ciclo es la suma de las destrucciones
de exergía:
X dest,total X dest,1 2 X dest,2 3 X dest,3 4 X dest,4 1
(11-20)
Se puede demostrar que la destrucción total de exergía correspondiente a un
ciclo de refrigeración se puede obtener tomando la diferencia entre la exergía
suministrada (entrada de potencia) y la exergía recuperada (la exergía del
calor que se quita del medio de baja temperatura):
X dest,total W ent X Q (11-21)
L
La eficiencia de la segunda ley o de exergía del ciclo se puede entonces expresar
como
II,ciclo
X Q L
W ent
W mín,ent
W ent
1
X dest,total
W ent
(11-22)
Sustituyendo W ent
obtiene
Q L
COP R
y X Q L
Q T 0
L
T L
T L
en la ecuación 11-22, se
II,ciclo
X
Q L
W ent
Q L T 0 T L T L
Q LCOP R
COP R
T L T H T L
COP R
COP R,rev
(11-23)
ya que T 0 T H para un ciclo de refrigeración. Así, la eficiencia de la segunda
ley también es igual a la relación de los COP real y máximo para el ciclo.
Esta definición de eficiencia de la segunda ley toma en cuenta todas las irreversibilidades
dentro del refrigerador, incluyendo las transferencias de calor
con el espacio refrigerado y el ambiente.