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Energía oculta en los ciclos termodinámicos: ¿sabes cuánto calor residual queda después de quemar el combustible?
En el contexto actual de creciente demanda de energía, la eficiencia del combustible se ha convertido en un área de investigación importante. La eficiencia de la conversión de energía, es decir, la relación entre la energía de salida útil de una máquina y la energía de entrada, se ha convertido en una cuestión central en la utilización de la energía. Dependiendo de la naturaleza de las diferentes producciones, esta relación puede abarcar formas como energía química, eléctrica, trabajo mecánico, luz (radiación) o calor. Sin embargo, durante el proceso de combustión del combustible, inevitablemente se desperdicia una gran cantidad de energía térmica, lo que nos hace pensar en cuánta energía oculta no se utiliza en estos procesos.
La comprensión de la eficiencia de la conversión de energía depende de la utilidad del resultado. Es probable que la energía térmica producida al quemar combustible se convierta en calor residual rechazado si no se utiliza para el trabajo deseado.
Conversión de energía y su eficiencia
La eficiencia de conversión de energía (η) está estrechamente relacionada con la utilidad de las diferentes fuentes de energía. En términos generales, esta relación oscila entre 0 y 1, y cuanto más cerca de 1 indica una conversión más eficiente. Un ejemplo de esto es una bombilla que convierte la energía eléctrica en energía luminosa, pero no convierte toda la energía eléctrica en luz de manera eficiente y parte de la energía se pierde en forma de calor.
Cabe señalar que existe una diferencia entre eficiencia energética y eficacia. La eficiencia sólo describe el ratio de conversión física, mientras que la eficacia se centra más en la realización de tareas o el logro de objetivos.
Eficiencia de conversión química
Durante un cambio químico, el cambio de energía libre de Gibbs se puede utilizar para evaluar la energía mínima requerida o la energía máxima que se puede obtener. Por ejemplo, una pila de combustible ideal puede producir el equivalente a 0,06587 kWh de energía eléctrica en condiciones de funcionamiento de 25 °C, y el proceso requiere la eliminación del equivalente a 0,01353 kWh de energía térmica para mantener la reacción.
Al comprender los ciclos termodinámicos, se debe tener en cuenta que, bajo las condiciones experimentales establecidas y los requisitos de energía de entrada, la eficiencia energética real a menudo no puede alcanzar completamente el valor máximo teórico.
Valor calorífico y eficiencia del combustible
En lugares como Europa, la energía disponible de un combustible generalmente se calcula utilizando el poder calorífico inferior (LHV). Este valor supone que el vapor producido después de quemar el combustible no se condensa, por lo que no se tiene en cuenta su calor latente. Sin embargo, en Estados Unidos y otras regiones se utiliza el alto poder calorífico (HHV), que incluye calor latente, evitando que la eficiencia máxima supere el 100%. La complejidad de estos cálculos y las diferencias en sus resultados ilustran el verdadero desafío de la eficiencia energética del combustible.
Medición de eficiencia en sistemas de iluminación
En los sistemas ópticos, la eficiencia de conversión de energía, a menudo denominada "eficiencia de pared", es la relación entre la energía radiante de salida (vatios) y la energía eléctrica de entrada total. Además, la eficiencia luminosa tiene en cuenta la sensibilidad del ojo humano a diferentes longitudes de onda, y las dos parecen ser muy diferentes, porque la eficiencia del enchufe de pared solo apunta a la conversión directa de energía, mientras que la eficiencia luminosa refleja la percepción visual del rendimiento del ojo humano.
Debido a la fuerte percepción de las ondas de luz azul y verde, la eficiencia luminosa de muchos sistemas de iluminación es a menudo mayor que la eficiencia del enchufe de pared, lo que nos hace repensar la efectividad real de los equipos de iluminación.
Múltiples factores que afectan la conversión de energía
Se sabe que muchos factores afectan la eficiencia de la conversión de energía, incluidos, entre otros, el diseño del equipo y la selección de materiales. Durante cada proceso de conversión, la energía a menudo se pierde en forma de calor u otras formas de pérdida, ya sea en el brillo de una luz, el enfriamiento de un refrigerador o la conversión de energía en un vehículo.
Conclusión
La combustión de combustible y el consiguiente desperdicio de energía es un tema extremadamente importante en la ciencia energética. En el futuro desarrollo tecnológico, debemos utilizar estas energías ocultas de manera más efectiva y encontrar formas de mejorar la eficiencia de la conversión de energía. A medida que los precios del combustible fluctúen y surjan problemas ambientales, ¿cómo enfrentaremos los desafíos energéticos futuros?
