Transcript Unitatea-9 - Marinari.info

Unitatea de învăţare nr. 9
ELEMENTE DE ANALIZĂ EXERGETICĂ
ELEMENTE DE ANALIZĂ EXERGETICĂ
Definitie:
• Exergia= acea forma de energie integral transformabila in lucru
mecanic pentru o stare data a mediului ambiant.
• Exergia este folosita drept index care arata in ce masura energia
este utilizata in mod efectiv.
• Anergia arata partea din energie care nu mai poate fi
transformata in lucru mecanic util.
• Energia este alcatuita din 2 parti:
ENERGIA=EXERGIE +ANERGIE
• Analiza exergetica are drept scop stabilirea pierderilor de
exergie care apar la parcurgerea ciclurilor reale.
• Cu ajutorul randamentului exergetic se poate compara
eficienta ciclului real cu cea a ciclului ideal de
referinta,deoarece aceasta tine seama de toate pierderile
cauzate de inversibilitatea proceselor de lucru.
• Randamentul exergetic este dat de raportul dintre exergia
efectului util si exergia consumata.
• Necesitatea analizei exergetice are la baza deficienta
metodei bazata numai pe bilantul energetic care nu face
posibilă luarea in considerare a calitatii energiilor.
• Analiza exergetica inlatura aceasta bariera. Ea se bazeaza pe
aplicarea bilantului energetic-exergetic, adica pe aplicarea
primelor două principii ale termodinamicii.
• Avem: Tc – temperatura de condensare; TE – temperatura
mediului exterior în care se cedează căldura de condensare;
Tm.r – temperatura mediului răcit; T0 – temperatura de
vaporizare;
• Conform principiului I al termodinamicii avem:
 Q
 P
Q
c
0
k
unde:
Q c – puterea termică a condensatorului;
Q 0 – puterea frigorifică;
Pk – puterea consumată de compresor.
EXPRIMAREA EXERGETICĂ A FLUXURILOR ENERGETICE ÎN
PROCESELE REVERSIBILE
• Se cunoaşte că puterea frigorifică preluată de agentul
frigorific în vaporizator este constituită în întregime din
ANERGIE. Fluxul de anergie a puterii frigorifice se exprimă
prin relaţia:
A n Q
0

Tm.e  TE
T 

Q0  c Q
0  Q0
T0
T0
• Se vede că anergia din mediul răcit ce trebuie evacuată este
mai mare decât căldura preluată de agentul frigorific.
Diferenţa dintre ele se acoperă cu puterea consumată de
compresor în comprimarea adiabatică reversibilă.
Pk rev  E x Q
0
T
 
  c  1  Q
0
T
 0

•
Pentru păstrarea temperaturii în spaţiul răcit este necesar ca fluxul de căldură
Q 0 (puterea frigorifică) să fie evacuat din spaţiul răcit şi transmis mediului ambiant.
Pentru aceasta, trebuie ca în mediul răcit să se introducă fluxul de exergie şi să se
evacueze fluxul de anergie (care este transmis în exterior).
Fig. 2. Reprezentare schematică a fluxurilor de energie şi anergie la procesele reversibile.
• Avem bilanţul energetic:
  An   Q
  Ex 
Q
c
0
Q0
Q0
• Randamentul ciclului Carnot se calculează cu:
Tc  T0
c 
T0
• Se defineşte randamentul exergetic al procesului
reversibil al maşinii:
Ex Q
ex rev 
Ex Q
0
1
0
• La procesul ireversibil al maşinii frigorifice, puterea
consumată de compresor, constituită din exergie, va fi
mai mare decât cea teoretică, de la procesul
reversibil, cu cantitatea care să acopere pierderile de
exergie prin ireversibilitate.
Pk rev  E x Q
0
 PEx
unde PEx este pierderea de exergie.
• În Figura 3 este prezentată schema de principiu a fluxurilor
exergetice în procesul ireversibil.
Fig. 3. Schema fluxurilor de exergie în instalaţia frigorifică ce funcţionează după un proces
ireversibil
• Avem:
  A    P  Q
  Ex    P
Q
c
n Q0
Ex
0
Ex
Q0
• Randamentul exergetic:
E x Q
Pk rev
ex irev  

Ex Q  PEx Pk rev  PEx
0
0
• Ne propunem să stabilim explicit pierderea de
exergie în echipamentele maşinii frigorifice.
• Exergia masică a unui sistem termodinamic într-o
stare oarecare este:
e  h  h a  Ta s  sa 
unde „a” se referă la mediul ambiant.
• Pierderea de exergie în compresor:
• Procesul de comprimare este adiabat
 0  e p k
PEx  m
unde:
 0 este debitul masic unitar de agent frigorific;
m
e p k  l p 12  TE s 2  s1 
[J / kg ]
unde:
TE este temperatura mediului exterior;
s2 – entropia specifică masică a vaporilor la refularea din
compresor;
s1 – entropia specifică masică a vaporilor la intrarea în
compresor.
• Pierderea de exergie în condensator:
e p 23  e x
2
 e x3  h 2  h 3  TE s 2  s 3   q c  TE s 2  s 3 
• Pierderea de exergie în ventilul de laminare:
e p 34  TE s 4  s 3 
• Pierderea de exergie în vaporizator:
e p 41  h 4  h1  TE s 4  s1   TE s1  s 4   q 0