Luis Adad González FragosoExamen tercero termodinámica Instrucciones: Responder cada pregunta con sus propias palabras Al entregarlo responderás a cualquiera de las preguntas para hacer valida la recepción del mismo. El documento deberá realizarse en digital y entregarlo de manera impresa. Los trabajos repetidos serán anulados 1. Un astronauta de 70 kg pesa 680 N en la báscula de baño antes de entrar en un cohete para la luna. Utilizando una báscula de muelle en la Luna donde g=1.67 m/s2 ¿sigue pesando 680 N? ¿ha variado su masa? RESPUESTA Ya no pesa lo mismo debido a que la gravedad cambió y la masa no, debido a que es el mismo sujeto y no pudo haber variado su masa durante el viaje, así que partiendo de que W=mg, donde: “W” es el peso; “m” es la masa y “g” la gravedad. Entonces una vez que está en la luna su peso es: W= (70 kg) (1.67 m/s2)= 116.9 N. Y como ya mencioné su masa permanece igual, lo que se modifica es la gravedad, de modo que al haber menos gravedad el cuerpo es más liviano 2. Explica la diferencia entre presión absoluta y presión manométrica RESPUESTA La presión Absoluta (Pabs.) se refiere a la presión real medida en un determinada posición, mientras que la presión Manométrica (Pman.) se entiende como una diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Por lo tanto considero que la diferencia principal entre éstas radica en que la Pabs. se mide respecto al vacío y la Pman se mide respecto a la Presión atmosférica, la cual disminuye en relación al aumento de la altitud del cuerpo a medir. De modo que la Pabs. se utiliza para el cálculo de la Pman. debido a que todos los sistemas se calibran a cero en la atmósfera. 3. ¿A qué temperatura en Kelvine y en Rankine dará la misma lectura los termómetros calibrados en Celsius y en Fahrenheit? RESPUESTA Grados Centígrados a Kelvin (en el grado 100), ya que en ambos crecen en intervalos de 1, porque empieza de 0 a 100 y de 273 a 373. Grados Fahrenheit a Rankine (en el grado 180), ya que en ambos crecen en intervalos de 1 porque empieza de 32 a 212 y de 492 a 697. 4. ¿Cuáles son dos métodos físicos para diseñar un sistema adiabático? RESPUESTA: 1.-) Que sistema no intercambie calor con el exterior. 2.-) Que la variación de energía interna es igual al trabajo realizado en el sistema. Cuando una molécula choca con el poder del continente o con otra molécula. Como puedes decir que un volumen de control sea estacionario RESPUESTA: Cuando el flujo que pasa por el volumen de control es constante y sin variaciones. La profundidad. RESPUESTA: Todas las moléculas del gas ideal. ¿Cómo distingues un vapor saturado de un sobrecalentado a la misma presión? RESPUESTA: Por la Temperatura a la que esté. el área mojada. tienen las mismas masas y se mueven al azar. puede variar considerablemente para una misma presión. que ejerce la tierra sobre las moléculas. de Charles (“A una presión dada el volumen es directamente proporcional a la Temperatura”) y de Gay-Lussac (“La presión de un gas que se mantiene a volumen constante. Las moléculas se mueven a tal velocidad que chocan con la pared del continente o entre si antes de que la gravedad pueda influir de modo apreciable en su movimiento. y el punto triple es una propiedad fija. La fuerza gravitatoria. Todo lo anterior se define debido a la ley de los gases ideales (P*V=NRT) y ésta a su vez viene de las leyes de Boyle (V1. ¿Cuál es la diferencia entre punto crítico y punto triple de una sustancia pura? RESPUESTA: Que el punto crítico y el de congelación dependen de la presión. ya que. es directamente proporcional a la temperatura”). 9. se considera despreciable por lo que a su efecto sobre el movimiento de las moléculas se refiere. no hay pérdida de energía cinética. no actúa ninguna fuerza. y en el único caso en que se influyen unas a otras es cuando chocan. En qué condiciones limite se comportan los gases como gas ideal. Entre las moléculas. 6. Las moléculas son muy pequeñas y la distancia entre las misma es muy grande.Luis Adad González Fragoso 5. nos da a conocer las condiciones de temperatura y presión en las cuales pueden coexistir las 3 fases de una sustancia pura.P2). . la velocidad y el caudal en cada sección del canal son constantes. 8.P1=V2. ¿Cuáles son las condiciones necesarias para un flujo uniforme? RESPUESTA: CUANDO. ya que. 7. la temperatura del vapor sobrecalentado a diferencia de la del vapor saturado. ya que es algo que va en una sola dirección y no lo puedes regresar. ya que. Forma parte de un proceso de comunicación unidireccional. porque el verbo hubiera no existe. por lo tanto tiene una reversibilidad externa. 3. es decir.Describe que el ciclo de Carnot RESPUESTA: Una máquina de Carnot convierte la máxima energía térmica posible en trabajo mecánico. 4. mientras que la interna refiere lo mismo pero con la diferencia que en el exterior del ciclo hay un intercambio de calor con una diferencia de temperatura. 10. es decir. y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas.Luis Adad González Fragoso La línea de energía. la superficie del agua y el fondo del canal son paralelos. el individuo proporciona la información a otra(as) personas sin recibir una contestación o retroalimentación directa. Sw es la pendiente del agua y So es la pendiente del fondo del canal. donde Sf es la pendiente de la línea de energía.-) 11. que puede volver a tomar sus condiciones iniciales después de haber pasado por varios procesos. Y por último es lo contrario.-) Cuando alguien expone algo en clase.-) La toma de decisiones. cuanto mayor es esa diferencia más eficiente es la máquina. por lo tanto éste es externamente irreversible pero internamente reversible. 12.Descríbanse cuatro ejemplos prácticos de procesos unidireccionales de observación diaria RESPUESTA: 1. Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto. 2. Carnot demostró que la eficiencia máxima de cualquier máquina depende de la diferencia entre las temperaturas máximas y mínimas alcanzadas durante el ciclo. debido a que una vez que haces algo ya no lo puedes deshacer ni rehacerlo de una mejor manera. se da cuando el ciclo es totalmente reversible. es decir. el ciclo en su interior desarrolla alguna irreversibilidad como la fricción mientras que en su exterior permanece reversible. tal como se muestra en la figura.Describe la diferencia entre reversibilidad total. .-) El Tiempo. interna y externa RESPUESTA: La diferencia entre las 3 es que la reversibilidad total. sus pendientes son todas iguales Sf = Sw = So = S. cuyo único efecto sea absorber calor de una fuente de temperatura y convertirlo en una cantidad equivalente de trabajo”. en la cual nos dice que: “Es imposible construir un aparato que opere cíclicamente. .Luis Adad González Fragoso La representación gráfica del ciclo de Carnot en un diagrama p-V es el siguiente Tramo A-B isoterma a la temperatura T1 Tramo B-C adiabática Tramo C-D isoterma a la temperatura T2 Tramo D-A adiabática 13.Describe la desigualdad de Kelvin-Planck RESPUESTA: Ésta es más bien una definición y/o interpretación que él le dio a la segunda ley de la Termodinámica. Es decir que no es posible construir alguna máquina cuyo único fin sea extraer calor de una fuente de temperatura para convertirlo en su equivalente de trabajo. si todos los procesos son internamente reversibles. 15.18 J. Imposible: Tomando en cuenta los enunciados de Clausius y Kelvin podemos expresar que un ciclo es imposible cuando: “Un proceso tiene como único fin extraer calor de una fuente a una cierta temperatura y convertirlo en trabajo” o “Un proceso tiene como fin transferir calor de un cuerpo a una cierta temperatura a otro con un temperatura superior”. como la fricción.. Sabiendo que 1 cal = 4. internamente irreversible o imposible RESPUESTA: Internamente reversible. en el interior de éste se involucra alguna irreversibilidad.Se puede definir como lo contrario del anterior. ¿Qué puede opinar al respecto? Solución: Si la máquina recibe 100 cal de la fuente caliente quiere decir que: . es decir..Cuando un ciclo es internamente reversible. otro internamente irreversible y el tercero internamente reversible RESPUESTA: Imposible Suponga que una persona le comenta que construyó una máquina térmica la cual. en cada ciclo.Luis Adad González Fragoso 14.Se le llama así cuando a un proceso se le lleva de un estado inicial a uno final y éste puede retomar sus condiciones originales. Internamente irreversible. ya que. ya que.Resuelve tres ciclos simples de vapor donde uno sea imposible. cuando un proceso es llevado de un estado inicial a uno final y éste no puede retomar sus condiciones originales. recibe 100 cal de la fuente caliente y realiza un trabajo de 418 J. Y muy generalmente podemos decir que éste tipo de procesos son todos aquellos que decrementan la entropía. el ciclo también lo es. que eso es imposible ya que viola la segunda ley de la termodinámica. se tiene: La eficiencia térmica. El vapor entra a la turbina a 7 MPa y 500 °C. tenemos Entonces podemos concluir como respuesta. Estado a la salida: P4 conocida. T (°C) 500 7 MPa 10 kPa Diagrama T-s s1=s2 s3=s4 Por lo tanto. puesto que al realizar algún trabajo la energía tiene que disiparse de alguna forma o transformarse en otra cosa. al decir que una máquina no puede realizar una eficiencia de 100%. Volumen de control: Turbina. Muestre el ciclo en un diagrama T-s respecto de las líneas de saturación y determine a) la eficiencia térmica del ciclo. T3 conocidas.Luis Adad González Fragoso Ahora por fórmula tenemos: Que multiplicado por 100. y se enfría en el condensador a una presión de 10 kPa mediante el agua de enfriamiento proveniente de un lago y que circula por los tubos del condensador a una tasa de 2000 kg/s. Internamente Reversible Considere una central eléctrica de vapor que opera en un ciclo Rankine ideal simple y que tiene una salida de neta de potencia de 45 MW. b) el flujo másico del vapor y c) el aumento de temperatura del agua de enfriamiento. Estado a la entrada: P3. estado fijo. Análisis: . 2 1247 . s3=6. s3=s4=6.3kJ / kg La eficiencia térmica del ciclo.5 2153 .8197(2392. estado fijo. Análisis: Primera ley: wbomb h2 h1 Segunda ley: s 2 s1 Porque s 2 s1 .2 kJ/kg wturb 3410 . líquido saturado.8197 → h4=191.6493+x47.798=0.5009 x4=0. Estado a la entrada: P1 conocida.5 kJ/kg. 2 h2 h1 vdP 1 .798kJ/kgK.Luis Adad González Fragoso Primera ley: wturb h3 h4 Segunda ley: s4 s 3 Propiedades de los puntos: (Tabla Cengel) → h3=3410.8) h4=2153.798kJ/kgK → 6.83+0. Estado a la salida: P2 conocida. Volumen de control: bomba. estado 3 fijo (según se indica).03 kJ / kg wneto wturb wbomb 1247.6% q cald 3211.83 7.Luis Adad González Fragoso Propiedades de los puntos: (Tabla Cengel) → h1= 191. estado fijo.7.6 .27 38.10) 198.03 1240.5 198 . Estado a la salida: P3.001010(7000 . h2 conocidas.001010 m3/kg Como el líquido se considera incompresible. h3 conocidas.83 0. se tiene: h2 191.89 kJ kg wbomb 198 .89 3211 . Análisis: Primera ley: q cald h3 h2 q cald 3410 . v1=0.27kJ/kg Volumen de control: caldera Estado a la entrada: P2.83kJ/kg.3 .86 191.6kJ / kg wneto 1240. Estado a la entrada. cald m W neta 45000 36. Estado a la salida. Estado a la salida. h4 conocida. Estado a la entrada. Análisis: Primera ley: Q H2O Q vapor m H2OC H 2O TH 2O m cond ( h4 h1 ) TH 2O m cald (h4 h1 ) C H 2O m H 2O Propiedades de los puntos: (Tabla Cengel: “propiedades de líquidos.27 El aumento de temperatura del agua de enfriamiento.Luis Adad González Fragoso El flujo másico del vapor. vapor: P4.18kJ/kg°C . H2O: estado líquido. líquido saturado. estado 1 fijo. H20: estado líquido. estado 4 fijo. vapor: P1 conocida. sólidos y alimentos comunes”) → CH2O=4.28kg/s wneto 1240. Volumen de control: condensador. 28 ( 2153 .51C Internamente Irreversible .83) 4. se tiene: TH 2 O 36.18 ( 2000 ) 8. 2 191.Luis Adad González Fragoso Si CH20 es el calor específico del agua líquida en condiciones ambientales (como se obtiene del lago) y ΔTH20 es el cambio de temperatura del agua de enfriamiento.