Laboratorio de Termodinámica: Determinación de la Eficiencia exergética de un proceso
Universidad Católica Boliviana Departamento de Ingeniería Industrial
Determinación de la Eficiencia Exergética de un Proceso Objetivo
Determinar la eficiencia de un proceso de compresión de gas.
Introducción Todos los procesos pueden ser analizados en función de un criterio de eficiencia fundamental que es la eficiencia exergética, conocida también como eficiencia de segunda ley. En este enfoque se considera la irreversibilidad de un proceso como un indicador de ineficiencia dado que mientras más irreversible es un proceso más lejos se encuentra de un proceso reversible. Por ello, para mejorar la eficiencia de un proceso se busca reducir las irreversibilidades que genera. De manera general hemos definido la irreversibilidad de un proceso como:
= −
(ec. 1)
Para un sistema estacionario, podemos escribir la siguiente ecuación parla irreversibilidad
̇ = ∑ = ∑ ̇ , − ∑ − ∑ ̇ ,
(ec. 2)
Y podemos definir un indicador de eficiencia de la siguiente manera:
∑ ̇ , ̇ = í í = ∑ ̇ , = 1 − ∑ ̇ ,
(ec. 3)
En esta ecuación los parámetros que se tienen que determinar son, por una parte, las irreversibilidades, y por otra la exergía que se introduce al sistema. La exergía que se introduce al sistema está dada por las diferentes formas en las que podemos introducir exergía a un sistema; en la práctica podemos utilizar la siguiente ecuación.
∑ ̇ , = ∑ = ∑ , ̇ , − ∑ − ∑(1 (1 − ) ̇ + ∑ + ∑ ̇
(ec. 4)
En esta práctica calcularemos la eficiencia exergética de un proceso de compresión de aire. Para ello utilizaremos un compresor de aire de laboratorio y mediremos la exergía que se le entrega en forma de energía eléctrica y determinaremos la exergía que se acumula en el compresor en forma de aire comprimido.
Materi Materi ales ales (1 g r upo)
Equipo de compresión de aire Voltímetro Pinza para medir intensidad de corriente alterna
Procedimiento 1) 2) 3) 4) 5)
Poner el compresor en posición apagada, cortar la fuente de energía eléctrica. Vaciar completamente el aire del tanque del compresor, verificar que la presión al interior sea la misma que la presión al exterior. Medir el volumen del tanque de acumulación de aire comprimido, encontrar la manera de medirlo. Conectar el compresor y realizar la carga del tanque de aire hasta la presión máxima. Durante el proceso de carga se debe medir el consumo de energía eléctrica, para ello es necesario medir el voltaje y la intensidad de corriente que consume el compresor. Para ello utilizar un voltímetro y un medidor de intensidad de corriente de pinza.
1 Dr. Marcos Luján
Laboratorio de Termodinámica: Determinación de la Eficiencia exergética de un proceso
Resultados
Calcular la cantidad de energía eléctrica consumida en el proceso, en kJ Calcular la exergía acumulada en el aire comprimido tomando en cuenta como datos de entrada, la temperatura, presión y volumen del tanque. Determinar la irreversibilidad del proceso en kJ Determinar la eficiencia de segunda ley de este proceso.
Preguntas 1. ¿A qué se deben las pérdidas de exergía en este proceso? Explicar. 2. Una bicicleta requiere de una potencia de 250 W para desplazarse a una velocidad de 25 km h -1. ¿Qué distancia se podría recorrer en esta bicicleta con la exergía acumulada en el aire comprimido?
Bibliografía
Termodinámica, Kenneth Wark, McGraw-Hill 5ª Edición. Fisicoquímica, P. Atkins, Oxford University Press, 3ª Edición. PERRY, Robert H.;GREEN, Don W.;MALONEY, James O.; Perry: Manual del Ingeniero Químico,3. ed, McGraw-Hill, México, 1996.
2 Dr. Marcos Luján
