Termodinámica I Eficiencia.

Presentación del tema: "Termodinámica I Eficiencia."— Transcripción de la presentación:

1 Termodinámica I Eficiencia

2 EFICIENCIA EN LA CONVERSIÓN DE ENERGÍA
Eficiencia es uno de los términos más usados en termodinámica, e indica qué tan bien se realiza un proceso de conversión o transferencia de energía. El desempeño o eficiencia se expresa en términos de la salida deseada y la entrada requerida, de la siguiente manera: 𝐷𝑒𝑠𝑒𝑚𝑝𝑒ñ𝑜= 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑎 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎

3 EFICIENCIA EN LA CONVERSIÓN DE ENERGÍA
Cuales son las razones para buscar eficiencia energética?

4 EFICIENCIA EN LA CONVERSIÓN DE ENERGÍA
Temas Ambiental Económico

5 Eficiencia de Combustión

6 Eficiencia de Combustión

7 Eficiencia de Combustión
Poder calorífico del combustible: Es la cantidad de calor liberado cuando se quema por completo una unidad de combustible y los productos de la combustión se enfrían a la temperatura ambiente Una eficiencia de combustión de 100 por ciento indica que el combustible se quema completamente y los gases residuales salen de la cámara de combustión a temperatura ambiente; en consecuencia, la cantidad de calor liberada durante un proceso de combustión es igual al poder calorífico del combustible.

8 Eficiencia de Combustión
La mayor parte de los combustibles contienen hidrógeno, que forma agua durante la combustión. El poder calorífico de un combustible será diferente dependiendo de si el agua en los productos de la combustión se halla en forma líquida o de vapor.

9 Eficiencia Poder Calorífico Superior e Inferior
Poder calorífico inferior o LHV (lower heating value) cuando el agua sale como vapor

10 Eficiencia Poder Calorífico Superior e Inferior
poder calorífico superior o HHV (higher heating value) cuando el agua en los gases de combustión se condensa por completo, de manera que también se recupera el calor de vaporización.

11 Eficiencia Poder Calorífico Superior e Inferior
La diferencia entre estos dos poderes caloríficos es igual al producto de la cantidad de agua y la entalpía de vaporización del agua a temperatura ambiente. Por ejemplo, los poderes caloríficos inferior y superior de la gasolina son kJ/kg y kJ/kg, respectivamente.

12 Eficiencia Para los motores de automóvil la salida de trabajo se entiende como la potencia entregada por el cigüeñal, pero para las centrales eléctricas el trabajo producido puede ser la potencia mecánica en la salida de la turbina, o la salida de potencia eléctrica del generador. Wm We

13 Generador Termo Eléctrico
Eficiencia Generador Termo Eléctrico

14 Eficiencia Generador Termo Eléctrico

15 Eficiencia Generador Termo Eléctrico
Un generador es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica, y su efectividad se caracteriza por la eficiencia del generador, que es la relación entre la salida de potencia eléctrica y la entrada de potencia mecánica. La eficiencia térmica de una central eléctrica, la cual es de primordial interés en termodinámica, se define como la relación entre la salida neta de trabajo en la flecha de la turbina y la entrada de calor al fluido de trabajo. Los efectos de otros factores se incorporan mediante la definición de una eficiencia global para la central eléctrica, a partir de la relación entre la salida neta de potencia eléctrica y la tasa de entrada de energía del combustible. 𝜂 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 = 𝜂 𝑐𝑜𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝜂 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝜂 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝑊 𝑛𝑒𝑡𝑜, 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝐻𝐻𝑉× 𝑚 𝑛𝑒𝑡𝑜

16 Eficacia de iluminación
se define como la cantidad de luz producida en lúmenes por W de electricidad consumida.

17 La eficiencia de un aparato para cocinar
se define como la relación entre la energía útil transferida a los alimentos y la energía que consume el aparato

18 La eficiencia de un aparato para cocinar
El costo unitario de la energía utilizada es inversamente proporcional a la eficiencia

19 Eficiencia de dispositivos Mecánicos y Eléctricos
Energía Mecánica. Una bomba o un ventilador reciben trabajo de flecha (comúnmente de un motor eléctrico) y lo transfieren al fluido como energía mecánica (menos las pérdidas por fricción). Una turbina convierte la energía mecánica de un fluido en trabajo de flecha.

20 Eficiencia de dispositivos Mecánicos y Eléctricos
Energía Mecánica. La energía mecánica se puede convertir por completo de una forma de energía mecánica a otra 𝜂 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝐸. 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐸. 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 = 𝐸 𝑚𝑆 𝐸 𝑚𝐸 𝜂 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜 =1− 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

21 Eficiencia de dispositivos Mecánicos y Eléctricos
Una eficiencia de conversión menor a 100 por ciento indica que la conversión es menos perfecta y han ocurrido algunas pérdidas durante ésta; una eficiencia mecánica de 97 por ciento indica que 3 por ciento del aporte de energía mecánica se convirtió en energía térmica como resultado del calentamiento por fricción, lo cual se manifiesta como un ligero aumento en la temperatura del fluido.

22 Eficiencia Bomba Regularmente, en los sistemas de fluidos el interés se halla en incrementar en un fluido la presión, la velocidad y/o la elevación. Esto se consigue mediante el suministro de energía mecánica al fluido con una bomba.

23 Eficiencia Bomba 𝜂 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = 𝐼𝑛𝑐𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 = Δ 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎,𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑊 𝑓𝑙𝑒𝑐ℎ𝑎,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑊 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎,𝑢 𝑊 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 Δ 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎,𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎,𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 tasa de incremento en la energía mecánica del fluido, el cual equivale a la potencia de bombeo útil ( 𝑊 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎,𝑢 ) suministrada al fluido

24 Eficiencia Turbina Cuando se extrae energía mecánica de un fluido y se producir potencia mecánica en la forma de una flecha que gira y propulsa un generador o cualquier otro dispositivo rotatorio se denomina turbina.

25 Eficiencia Turbina 𝜂 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 𝐷𝑖𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 𝑊 𝐹𝑙𝑒𝑐ℎ𝑎,𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 Δ 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎,𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 𝑊 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑊 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎,𝑒 Δ 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎,𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝐸 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎,𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 tasa de disminución en la energía mecánica del fluido, equivalente a la potencia mecánica extraída del fluido por la turbina( 𝑊 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎,𝑒 )

26 Eficiencia Motor La energía eléctrica se convierte comúnmente en energía mecánica rotatoria mediante motores eléctricos para impulsar ventiladores, compresores, brazos robóticos, arrancadores de automóviles, etc. La efectividad de este proceso de conversión se caracteriza por la eficiencia del motor , que es la relación entre la salida de energía mecánica del motor y la entrada de energía eléctrica.

27 Eficiencia Motor 𝜂 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑎 = 𝑊 𝐹𝑙𝑒𝑐ℎ𝑎,𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑊 𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

28 Eficiencia Generador Sera en la cual ingresa trabajo flecha y genera trabajo eléctrico

29 Eficiencia Generador 𝜂 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 = 𝑊 𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎,𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑊 𝐹𝑙𝑒𝑐ℎ𝑎,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

30 Eficiencia Combinada Una bomba normalmente viene provista de un motor, y una turbina de un generador. Por lo tanto, normalmente el interés está en la eficiencia combinada o global de las combinaciones entre bomba-motor y turbina-generador

31 Eficiencia Combinada

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