EXERGIA Y CICLOS DE REFIGERACIN

KEITY ROMERO

ADRIANA GONZALEZ

Ing. Quimica

UNIVERSIDAD DE CRDOBA

FACULTAD DE INGENIERAS

PROGRAMA DE INGENIERA DE ALIMENTOS

2013

INTRODUCCIN

La exerga es una medida de la disponibilidad de la energa. La idea es que parte de la

energa de un sistema se puede aprovechar para realizar trabajo mecnico, elctrico o de

otro tipo. El segundo principio de la termodinmica nos establece limitaciones en cuanto a

la cantidad de trabajo que podemos realizar. Pero existe adems una limitacin prctica en

cuanto a que slo se puede realizar trabajo si el sistema almacena una energa respecto al

ambiente que le rodea.

Una de las principales reas de aplicacin de la termodinmica es la refrigeracin, que es la

transferencia de calor de una regin de temperatura inferior hacia una temperatura

superior. Los dispositivos que producen la refrigeracin se llaman refrigeradores, y los

ciclos en lo que operan se denominan ciclos de refrigeracin por compresin de vapor,

donde el refrigerante se evapora y condensa alternadamente, para luego comprimirse en la

fase de vapor. Otros ciclos de refrigeracin conocidos son los ciclos de refrigeracin de gas

en la que el refrigerante permanece todo el tiempo en fase gaseosa y el de absorcin de

amoniaco donde existe mezcla de amoniaco y agua en algunos procesos en el ciclo.

EXERGA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL DE TRABAJO

El creciente conocimiento acerca de que los recursos energticos mundiales son

limitados ha provocado que muchos pases reexaminen sus polticas de energa y

tomen medidas drsticas para evitar el desperdicio. Tambin ha desatado el inters

en la comunidad cientfica para considerar ms de cerca a los dispositivos de

conversin de energa y desarrollar nuevas tcnicas que permitan utilizar mejor los

limitados recursos existentes. La primera ley de la termodinmica trata sobre la

cantidad de energa y afi rma que sta no puede crearse ni destruirse. Esta ley sirve

meramente como una herramienta necesaria para contabilizar la energa durante

un proceso y no ofrece desafos al ingeniero.

Sin embargo, la segunda ley tiene que ver con la calidad de la energa: ms

especficamente, se ocupa de la degradacin de la energa durante un proceso, de la

generacin de entropa y de la prdida de oportunidades para efectuar trabajo,

adems de ofrecer el margen suficiente para la mejora. La segunda ley de la

termodinmica ha demostrado ser una herramienta muy poderosa en la

optimizacin de sistemas termodinmicos complejos. En este captulo se examina

el desempeo de dispositivos tcnicos a la luz de la segunda ley. Se inicia con la

introduccin de exerga (tambin llamada disponibilidad) que es el trabajo til

mximo que puede obtenerse del sistema en un estado y un ambiente

especificados; y se contina con el trabajo reversible que es el trabajo til mximo

que puede obtenerse cuando un sistema experimenta un proceso entre dos estados

especificados. Luego se expone la irreversibilidad (tambin llamada destruccin de

exerga o trabajo perdido) que es el potencial de trabajo desperdiciado durante un

proceso como resultado de irreversibilidades, y se define una eficiencia segn la

segunda ley. Por ltimo se desarrolla una relacin de balance de exerga aplicada a

los sistemas cerrados y volmenes del control.

EXERGA: POTENCIAL DE TRABAJO DE LA ENERGA

Cuando se descubre una nueva fuente de energa, como un pozo geotrmico, lo

primero que hacen los exploradores es estimar la cantidad de energa contenida en

la fuente. Sin embargo, esta sola informacin sirve de poco para decidir si se

construye una central elctrica en ese sitio. Lo que realmente se necesita saber es el

potencial de trabajo de la fuente, es decir, la cantidad de energa que podemos

extraer como trabajo til. El resto de la energa es finalmente descartada como

energa de desecho y no debe ser considerada. Por lo tanto, es deseable tener una

propiedad que permita determinar el potencial de trabajo til de una cantidad dada

de energa en algn estado especificado. Esta propiedad es la exerga, que tambin

se denomina disponibilidad o energa disponible.

El potencial de trabajo de la energa contenida en un sistema en un estado

especificado es simplemente el trabajo til mximo que puede obtenerse del

sistema. Recordemos que el trabajo realizado durante un proceso depende de los

estados inicial y final y de la trayectoria del proceso. Es decir,

Trabajo = f (estado inicial, trayectoria del proceso, estado final)

En un anlisis de exerga se especifica el estado inicial, por lo tanto no es una

variable. La salida de trabajo se maximiza cuando el proceso entre dos estados

especificados se ejecuta de una manera reversible. Por consiguiente, determinando

el trabajo potencial todas las

irreversibilidades se desprecian. Por

ltimo, el sistema debe estar en el

estado muerto al final del proceso

para maximizar la salida de trabajo.

Se afirma que un sistema est en el

estado muerto cuando se encuentra

en equilibrio termodinmico con el

ambiente (Fig. 1). En este estado, un

sistema est a la temperatura y a la

presin de su ambiente (en equilibrio

trmico y mecnico), no tiene energa

cintica o potencial relativa a su

ambiente (velocidad cero y elevacin

cero por arriba del nivel de referencia)

y no reacciona con el ambiente

(qumicamente inerte). Tampoco hay efectos de desequilibro magntico, elctrico y

tensin superficial entre el sistema y sus alrededores, si stos son relevantes para la

situacin especfica. Las propiedades de un sistema en el estado muerto se denotan

mediante el subndice cero, por ejemplo, P0, T0, h0, u0 y s0. A menos que se

especifique de otra manera, la temperatura y la presin del estado muerto se

suponen como T0 = 25 C (77 F) y P0 = 1 atm (101.325 kPa o 14.7 psia). Un

sistema tiene exerga cero en el estado muerto.

CICLOS DE REFIGERACIN

Una de las principales reas de aplicacin de la termodinmica es la refrigeracin,

que es la transferencia de calor de una regin de temperatura inferior hacia una

temperatura superior. Los dispositivos que producen refrigeracin se llaman

refrigeradores, y los ciclos en los que operan se denominan ciclos de refrigeracin.

El ciclo de refrigeracin que se utiliza con ms frecuencia es por compresin de

vapor, donde el refrigerante se evapora y se condensa alternadamente, para luego

comprimirse en la fase de vapor. Otro ciclo de refrigeracin estudiado es el ciclo de

refrigeracin de gas en el que el refrigerante permanece todo el tiempo en la fase

gaseosa. Otros ciclos de refrigeracin analizados en este captulo son la

refrigeracin en cascada, la cual utiliza ms de un ciclo de refrigeracin;

refrigeracin por absorcin, donde el refrigerante se disuelve en un lquido antes de

ser comprimido; y como tema de inters especial, la refrigeracin termoelctrica,

donde la refrigeracin es producida mediante el paso de corriente elctrica a travs

de dos materiales distintos.

CONCLUCIN

En el presente trabajo se define el concepto de exerga como el de la energa til o

la calidad de la energa, mediante el anlisis combinado de las dos leyes

fundamentales de la termodinmica. As mismo se vieron las formas de evaluar la

exerga para un flujo de materia y para un flujo de calor; tomando en cuenta que

para un flujo de trabajo es la misma cantidad, ya que el trabajo es exerga pura.

En un sistema de refrigeracin se necesitan controles sobre el nivel de lquido del

refrigerante y sobre la temperatura del espacio refrigerado. El control del lquido

regula el flujo de refrigerante hacia el evaporador y tambin sirve como barrera de

presin entre la alta presin de operacin del condensador y la presin ms baja de

operacin del evaporador. En este punto, el tubo capilar y la vlvula de expansin,

entre otros dispositivos de expansin, adquieren importancia llegndose a

considerar estrictamente necesarios en toda instalacin automtica de

refrigeracin. Estos dispositivos constituyen principalmente una restriccin

colocada en el sistema, la cual hace posible que el compresor por medio de su

efecto de bombeo mantenga cierta diferencia de presin.

BIBLIOGRAFIA

http://html.rincondelvago.com/ciclo-de-refrigeracion.html

http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Modulos/Modulo4.pdf

Cengel A. Yunes, Boiles A. Michael; TERMODINAMICA sptima edicin; ED. Mc Graw Hill.