Análisis de exergía de procesos complejos

Un proceso complejo es aquel que está compuesto por muchos subprocesos, que interactúan entre ellos. En el análisis del proceso complejo, puede realizarse la división en subprocesos para su estudio por separado. En general, cuanto mayor es el número de subprocesos independientes, mayores son las pérdidas de exergía. Para minimizar las pérdidas pueden integrarse o combinarse varios subprocesos entre sí.

En las figuras [*] y [*] se muestran dos ciclos combinados. En el primero se combina un motor térmico con una bomba de calor. $ T_f$ es la temperatura del foco caliente y $ T_h$ es la temperatura del sumidero al que la bomba aporta calor. Los dos ciclos intercambian calor con el ambiente, pero en sentidos contrarios. El motor térmico cede calor al ambiente, y la bomba de calor absorbe calor del ambiente.

Se pueden eliminar estas transferencias de calor con el ambiente, y hacer que el calor cedido por el motor sea tomado directamente por la bomba, lo que nos conduce a un ciclo combinado de motor térmico y bomba de calor. Con esta opción, se reducen también la compresión y expansión necesarias6.9, con lo que reducimos las pérdidas de exergía. Además, el proceso podría ser incluso tecnológicamente más simple en el caso del ciclo combinado.

Figura: Ciclo termodinámico combinado con una bomba de calor.
Image figex21

También se puede combinar un ciclo de refrigeración con una bomba de calor, como en el caso de la figura [*]. En el proceso combinado se han eliminado las transferencias de calor con el ambiente, lo que conduce a un menor necesidad de equipos del proceso. Sin embargo, en este caso no hay una reducción importante de las etapas de compresión y expansión, por lo que las pérdidas de exergía del proceso combinado no será mucho menor que en el caso de procesos por separado.

Figura: Ciclo de refrigeración combinado con una bomba de calor.
Image figex22

Un motor térmico y un ciclo de refrigeración no pueden combinarse, ya que los dos ceden calor al ambiente. Aunque en la práctica, un motor térmico cede calor al ambiente a una temperatura mucho mayor que la del ambiente, por lo que parte de este calor residual puede recuperarse para las necesidades del ciclo de refrigeración.

2004-05-30