Cuestionario previo del ciclo de refrigeración y segunda ley de la termodinámica PDF

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Actividad del alumno: Previamente a la realización de esta práctica se deberá entregar totalmente resuelto el siguiente cuestionario, aplicando los conceptos teóricos expuestos en clase....

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PRÁCTICA NO. 6. CICLO DE REFRIGERACIÓN Y SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. ACTIVIDAD DEL ALUMNO. Previamente a la realización de esta práctica se deberá entregar totalmente resuelto el siguiente cuestionario, aplicando los conceptos teóricos expuestos en clase. 1. ¿Qué entiendes por refrigeración? La refrigeración es un proceso mediante el que se disminuye y mantiene la temperatura de fluidos o de cuerpos en general. 2. ¿Qué es un refrigerante? Un refrigerante es una sustancia que actúa como agente de enfriamiento, la cual tiene propiedades especiales de punto de evaporación y condensación.

3. ¿Por qué a nuestro ciclo en estudio, se le conoce ciclo de refrigeración por compresión mecánica? Los sistemas de refrigeración utilizan el método de compresión mecánica, el cual consiste en la realización de un proceso cíclico en que se transfieren calor interior de un edificio al exterior, mediante la evaporación de refrigerantes. 4. ¿Qué es una máquina térmica? Una máquina térmica es un dispositivo que opera de forma cíclica, convirtiendo la energía térmica en energía mecánica. Sus características son: ● Recibe calor de una fuente a alta temperatura m ● Convierte parte de este calor en trabajo. ● Rechaza el calor de desecho hacia un sumidero de calor de baja temperatura. ● Opera en un ciclo. 5. ¿Por qué en la segunda ley de la termodinámica surge el concepto de la eficiencia térmica?

La segunda ley de la termodinámica afirma que los procesos ocurren en cierta dirección y que la energía tiene calidad así como cantidad.

6. ¿Qué es la eficiencia térmica? La eficiencia térmica se define como la razón entre el trabajo neto realizado y el calor absorbido durante un ciclo. 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =

𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑎 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎

7. ¿Cuál es el ciclo termodinámico base para el análisis del ciclo de refrigeración? El ciclo de Carnot inverso es utilizado como ciclo de referencia para evaluar el desempeño de otros ciclos y en particular al ciclo de refrigeración por compresión de vapor. Se hacen las comparaciones necesarias para lograr caracterizar el funcionamiento de los sistemas de refrigeración bajo el esquema de los ciclos termodinámicos. 8. ¿Por qué en el evaporador se tiene un enfriamiento conocido como evaporativo? Porque ocurre un proceso de evaporación para reducir la temperatura del ambiente circundante, generando un intercambio de energía con el aire.

9. Haga un dibujo donde se represente físicamente el ciclo de refrigeración, remarcando sus cuatro componentes.

10. Explique el funcionamiento de esos cuatro componentes. I.

Compresor. (Concentra todo el trabajo mecánico). El refrigerante entra al compresor como vapor saturado y se comprime isentrópicamente hasta la presión del condensador. Durante este proceso, la temperatura del refrigerantes aumenta por encima de la temperatura del medio circundante.

II.

Condensador. (En él, se transmite el calor del sistema de refrigeración a un medio en el que pueda ser absorbido). Después el refrigerante entra en el condensador como vapor sobrecalentado y sale como líquido saturado, resultado del rechazo de calor hacia los alrededores.

III.

Dispositivo de expansión. Asegura que la pr duin dr mantenga a un nivel constante. Aquí se origina la caída de presión alta del condensador y presión baja del evaporador. Enseguida, el refrigerante líquido saturado se estrangula hasta la presión del evaporador al pasarla por una válvula de expansión o por un tubo capilar.

IV.

Evaporador. Absorbe el calor y lo intrlducr al sistema para transferirlo al condensador. El refrigerante entra al evaporador como vapor húmedo de baja calidad, y se evapora por completo absorbiendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale del evaporador como vapor saturado y vuelve a entrar al compresor, completando el ciclo.

11. Ahora haga un dibujo del refrigerador de su casa y analice cómo funciona este de acuerdo al ciclo de refrigeración analizado.

Ciclo de refrigeración. I.

Comprensión y calentamiento. El compresor comprime bruscamente el refrigerante que está en estado gaseoso.

II.

Enfriamiento y condensación. En el condensador, el refrigerante se condensa parcialmente debido a la disminución de temperatura.

III.

Expansión y enfriamiento. Al pasar por la válvula de expansión, el refrigerante se expande, se enfría y disminuye su presión.

IV.

Calentamiento y evaporación. Esta fase ocurre en el evaporador en el que el refrigerante se caliente y el refrigerador se enfría.

12. Explique el enunciado de Clausius. El enunciado de Clausius expresa que ningún dispositivo puede transferir calor de un cuerpo más frío a otro más caliente sin dejar un efecto sobre los alrededores. 13. Explique el enunciado de Kelvin. El enunciado de Kelvin-Planck establece que ninguna máquina térmica puede producir una cantidad neta de trabajo mientras intercambia calor con un solo dispositivo. 14. ¿Cuál es la eficiencia de una máquina real diesel y de una máquina real Otto (gasolina)? a) Ciclo de Diesel. El ciclo de Diesel consta de un proceso de compresión y otro de expansión, ambos internamente reversibles, y de un proceso de techado de calor a volumen constante (también internamente reversible). b) Ciclo de Otto. El ciclo de Otto considera que los procesos de admisión y compresión de la mezcla son aproximados por procesos adiabáticos e isentrópicos, internamente reversibles.

15. Indicar cuál es la diferencia entre una máquina reversible y una irreversible. a) Proceso reversible es aquel en el que tanto el sistema como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inversión. b) Proceso irreversible es aquel en el que el sistema y sus alrededores no pueden regresar a su estado inicial después de que el proceso tuvo lugar.

16. A la segunda ley de la termodinámica también se le conoce como en principio de la entropía, define qué entiende por entropía. La entropía es una medida cuantitativa de desorden microscópico para un sistema.

17. ¿Cómo se expresa matemáticamente la entropía? 𝑑𝑆 =

( )⎡⎣ δ𝑄 𝑇

𝑘𝐽 𝑘

⎤ ⎦

18. ¿Qué es el coeficiente de operación (o de realización) y cuál es su modelo matemático? La eficiencia de un refrigerador se expresa en términos del coeficiente de desempeño, el cual se denota mediante COPR. Matemáticamente:

𝐶𝑂𝑃𝑅 =

𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑎 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎

=

𝑄𝐿

𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜

19. Explique el siguiente enunciado “Es imposible construir una máquina térmica con una eficiencia igual al 100%”. Actualmente en mecánica cuántica parece que este enunciado puede ser falso, investigue en que se basa esta afirmación. La segunda ley de la termodinámica establece la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin que ocurran pérdidas, es por ello que ningún proceso puede tener una eficiencia igual al 100%.

20. ¿Por qué en los organismos vivos, cuando se suministra trabajo, la entropía no tiende a aumentar, sino a disminuir, ¿por qué ocurre este fenómeno? Los seres vivos extraen energía de su entorno y la utilizan para incrementar su grado de organización. De esta manera la entropía disminuye en los seres vivos....