EJERCICIOS DE LA SEGUNDA LEY Y CICLO DE CARNOTING. A, FERNANDEZ REYES MSC. ENTROPIA Y USOS 1.) Determinar la variación de entropía específica de aire considerado que sufre un proceso desde T1= 300 ºK y P1= 1 bar, hasta T2=400 ºK y P2= 5 bar considerando constante cp=1,008 [kJ/kg ºK]. El signo negativo indica que el cambio de entropía, es por extraer energía del sistema que ocurre durante el proceso de transferencia de calor. 2) Calcule el cambio total de entropía si 5 kg de hielo a 0 ºC se mezcla con 10 kg de agua que está inicialmente a 20 ºC Si no hay transferencia de calor importante ºC. desde el recipiente al entorno. (Asumir el calor de fusión del hielo 340kJ/kg y para el agua cagua= 4 18 4.18 kJ/kg ºK). SOLUCION 3) Un flujo de vapor de agua entra a una turbina a una presión de 30 bar una temperatura de 400 ºC y bar, C una velocidad de 160 m/s. El vapor de agua sale saturado a una temperatura de 100 ºC y con una velocidad de 100 m/s. Para la situación estacionaria, estacionaria la turbina produce un trabajo de 540 kJ/kg de vapor. La transferencia de calor entre la turbina y el medio que l rodea ti t bi l di le d tiene l lugar a una temperatura media en la superficie externa de 77 ºC. Determine l ºC D t i la entropía generada por un t í d kilogramo de vapor que atraviesa la turbina, en kJ/kg ºK. GRAFICOS SOLUCION . . EJERCICIOS DE MAQUINAS TÉRMICAS Y C C O DE C É C S CICLO CARNOT O CICLO TERMODINÁMICO Es un proceso o conjuntos de procesos por los que un sistema evoluciona volviendo al mismo estado inicial. Para todo ciclo se cumple que: ΔU = 0. C. Q =W Ciclo reversible: (todos los estados son de equilibrio). Carnot C Carnot Tc>TF A Q1 B TC D Q2 C TF TF TC C. Puede representarse en diagramas PV . TS. Carnot El área dentro del ciclo en un diagrama PV representa el trabajo y en un diagrama TS el calor . Los ciclos termodinámicos permiten: a) Convertir calor en trabajo por interacción con dos focos térmicos ‐Máquinas o motores térmicos. Se describen en sentido horario t té i S d ib tid h i b) Pasar calor de un foco frío a otro a mayor temperatura ‐frigoríficos o bombas de calor. QC − QF = Q = W > 0 QC − QF QC Wutil = <1 QC η= . sentido horario Tc>TF T A Q1 B TC D Q2 C TF ΔU = 0. Se describen en sentido antihorario de calor Se describen en sentido antihorario Motor: 1 → 2→ 3→4 →1 Motor: 1 → Ciclo horario W>0 Refrigerador o bomba de calor R fi d b b d l 1→4→3→2→1 Ciclo antihorario W<0 MOTOR O MAQUINA TERMICA El ciclo se utiliza para convertir calor en trabajo. Por ello: (W>0. cede una cantidad de calor de 120 kcal a dicho foco frío durante cada ciclo. 01 Una máquina térmica reversible con un rendimiento del 30% y cuyo foco frío se encuentra a 107ºC.EJERCICIO NRO. SOLUCION . Determine: a) La temperatura y b) el calor cedido por el foco caliente. SOLUCION . Determine: a) El trabajo que se produce en cada ciclo y b) La cantidad de kcal/hora cede al foco frío. siendo f i de d d i d su potencia 20 kW. 02 Una máquina térmica se encuentra funcionando entre dos focos a 27ºC y a 227 C 227ºC y tiene un rendimiento del 25% del máximo posible. Se repite el ciclo con una frecuencia d 5 veces cada segundo.EJERCICIO NRO. Absorbiendo una cantidad de calor Q1 = 100 Kcal y cediendo un trabajo de 50.EJERCICIO NRO. 03 Una máquina térmica trabaja entre dos focos a 300 ºC y 100 ºC. b) El máximo rendimiento que podría llegar a tener esa máquina térmica. á i é i ) c) El calor cedido a la fuente fría. Determinar: a) El rendimiento de la máquina térmica térmica. .KJ. SOLUCION . EJERCICIO NRO. b) Temperatura a que se encuentra el foco frío. 04 Una máquina térmica absorbe 900 q Joules de un foco caliente que se encuentra a 177ºC presentando una 177ºC. Determina: a) C ) Calor cedido al f foco f frío. eficiencia del 40%. . 05 Un gas ideal diatómico (cv=5/2 R) se encuentra inicialmente a una temperatura T1=27ºC una presión =27ºC.4 m3. . calor en cada transformación. Calcula el número de moles del gas y la presión y la temperatura después de la expansión adiabática. El gas se expande adiabáticamente hasta ocupar un volumen V2=1. b) Calcula la variación de energía interna el trabajo y el interna. p1=105 Pa y ocupa un volumen V1=0. reversibles a) Dibuja el ciclo en un diagrama p-V.EJERCICIO NRO. Posteriormente se comprime isotérmicamente hasta que su volumen es otra vez V1 y por último vuelve a su estado inicial mediante una transformación isócora. Todas las transformaciones son reversibles.2 m3. SOLUCIÓN . . . 3. Una cascada de agua cae y nunca sube espontáneamente Un cubito de azúcar se disuelve en forma espontanea en una taza de café y el azúcar disuelto nunca reaparece espontáneamente en su forma original. 5.EVALUAR UN PROCESO SI ES ESPONTANEO O NO 1. . 4.) ib d 1 t ) Un trozo de sodio metálico reacciona violentamente con agua para formar hidrogeno con el hidróxido de sodio para formar agua y sodio. El Hierro expuesto al gua y al oxigeno forma herrumbre y esta p nunca retorna espontáneamente a hierro. El agua se congela de modo espontaneo aba de 0ºC y el hielo se funde f d arriba de ºOC ( a 1atm. 2. . EN RESUMEN EN EL CICLO DE CARNOT SE PRESENTA . . CICLO DE CARNOT . . . . . . . . EJERCICIO NRO 06 Dos máquinas térmicas reversibles están conectadas en serie entre dos fuentes de calor a temperaturas T1 = 900 ºC y T2 = ‐70 ºC. Determinar: D t i a) La temperatura intermedia Ti a la que cede calor la primera máquina y recibe la segunda. d) El rendimiento té i d t d l i t l ió di i t térmico de toda la instalación. SOLUCION . La C 70 C. c) El calor entregado por la segunda máquina a la fuente fría. b) El trabajo producido por cada una de las máquinas. con un rendimiento térmico del 30 %. fuente de mayor temperatura entrega a la primera máquina una cantidad de calor de 400 kcal. DATOS TH 720 C TH=720 ºC= 993 ºK K TL=27 ºC= 300 ºK . kJ/min. Determine: a) L eficiencia té i ) La fi i i térmica. y c) El flujo de calor que libera la máquina térmica. b) La salida de potencia de esta máquina.EJEMPLO 07 Una máquina térmica de Carnot opera entre una fuente caliente a 720 ºC y un sumidero a 27 ºK Si la máquina térmica recibe calor a una tasa de 600 ºK. SOLUCION . La presión al principio de la expansión isotérmica es de 30 bar (P. b) El calor añadido y rechazado. absoluta.908 kg de aire. en m3. . absoluta). 08 Un ciclo de Carnot trabaja con 0. d) El rendimiento térmico. en kJ. Calcular: a) El volumen al final de la compresión isotérmica. y al final de la expansión isotérmica de 15 bar (P. en bar. f) La presión media del ciclo. c) El trabajo neto del ciclo. en kJ.EJEMPLO NRO. e) La relación de expansión general general. entre los p p p límites de 21º C y 260º C. . El calor cedido es: . Si su rendimiento es del 20%. trabajo de la máquina. c. Determinar la variación de entropía del fluido de j q . c Repetir los cálculos del apartado anterior pero para una máquina de Carnot funcionando entre los i l mismos f focos. ¿La a máquina funciona reversible o irreversiblemente? ¿Por qué? b. responder a las siguientes preguntas: a. SOLUCION a) Reversibilidad o Irreversibilidad de la Maquina . de sus alrededores y del universo en cada ciclo.EJERCICIO 09 Una máquina térmica que trabaja entre dos focos térmicos a 100 K y 500 K. absorbe en cada ciclo 1000 J de calor del foco caliente. para ello consume una potencia de 2kw 2kw. l i la energía que se tiene que extraer del congelador. Para mantener una temperatura en su interior de -18ºC un congelador funciona con un COP g real de 1/3 de su valor teórico máximo. de sus alrededores y del universo en cada ciclo. Si consideramos que la temperatura ambiental permanece a 20ºC D t bi t l 20ºC. Determine.b) V i ió d entropía d l fl id d t b j d Variación de t í del fluido de trabajo de la máquina. . EJERCICIO NRO 10 NRO. SOLUCION .
Report "Ejercicios de La Segunda Ley y Ciclo de Carnot"