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ejercicios para practicar máquinas térmicas y refrigeradores ...

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TERMODINAMICA GENERAL EJERCICIOS DE MAQUINAS TERMICAS Y SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Feb de 2020. Profesor: Ing. ANGEL VILLABONA ORTIZ

1.

Una máquina térmica ideal opera entre dos fuentes a temperaturas de 31°C y 198°C. ¿Cuál es la eficiencia posible para esta máquina?

2.

Un congelador conserva los alimentos a -15°C en una habitación que está a 30°C. Calcule el mínimo trabajo (máxima eficiencia) de la máquina para liberar 800 julios al exterior, además el calor extraído del congelador y el trabajo que se le debe agregar al congelador.

3.

Hallar el cambio de entropía total al transferirse 4800 J de energía desde un foco de 222°C hasta un foco de 24°C. Si existe una máquina térmica reversible entre los focos. Hallar el trabajo producido.

4.

Una máquina térmica ideal genera 3333 Julios de trabajo y libera 1667 Julios de calor de la máquina a una temperatura de 99 °C. Calcule la temperatura de la fuente. Si quiere comprobar si se puede construir una máquina real a las mismas temperaturas de la máquina térmica ideal pero en donde la fuente genera 7000 Julios y el sumidero recibe o adsorbe 3100 Julios. Dibuje el esquema de la maquina térmica con todas las variables que intervienen.

5.

Una máquina opera en un ciclo entre las temperaturas 89 °C y 190 °C y emite 17 kJ de calor por ciclo mientras realiza 2790 J de trabajo por ciclo. Calcule la eficiencia de la máquina y el calor que llega al sumidero. Compare la eficiencia de esta máquina con la de una máquina reversible que opera entre las mismas temperaturas y diga si es posible construirla. Dibuje el esquema de la maquina térmica con todas las variables que intervienen y Calcule el cambio de entropía total para la maquina real.

6.

Una máquina de Carnot recibe por ciclo 7000 julios de calor de una fuente a 1200 °C y libera calor de desecho en el aire del ambiente a 30 °C. Toda la salida del trabajo de la máquina térmica se emplea para accionar un refrigerador que extrae calor del espacio refrigerado a 12°C y lo transfiere al mismo a 35 °C (tiempo de un ciclo 120 segundos). Determine: a) Hacer los esquemas respectivos de la maquina térmica con las fuentes b) La extracción máxima de calor del espacio refrigerado (en unidades de KJ) c) La cantidad total de liberación del calor en el aire del ambiente. (en unidades de KJ) d) La potencia de salida de la máquina (kW) e) El cambio de entropía de la fuente fría, la fuente caliente y la entropía total para las máquinas térmicas.

7.

Una muestra de 9 moles de un gas ideal pasa por los procesos como se muestra en la figura siguiente. De A-B es adiabático y de C-D es isotérmico. Calcule: La eficiencia máxima de la máquina térmica, la eficiencia real y el cambio de entropía total, si se sabe que la máquina térmica genera 1052,7584 atm*L, el calor de D-A es de 3793,8951 atm*L y el calor de B-C es de 3528,323 atm*L.

8.

De acuerdo a la siguiente tabla, considere que tiene un ciclo termodinámico que contiene un gas ideal y determine : Estado

Presión (atm)

Volumen (litros)

Temperatura (K)

1 2,3667 29 2 4,199 29 3 2,8319 43 4 1,5961 43 a) Realice el diagrama de P vs V

c)

310 550 550 310

Proceso

1---2 2 --3 3---4 4---1

Nombre

∆ U (Julios)

Q (Julios)

W (Julios)

∆S (Julios/K)

8157,584 8157,584 0 0 5956,443 -5956,44 -8157,584 -8157,584 0 0 -2739,344 2739,344 b) Realice el diagrama de T vs S

Calcule la eficiencia máxima del ciclo

d) Calcule la eficiencia real y el trabajo neto

e) Calcule en cambio de entropía para cada proceso Proceso 1----2 Proceso 2 ---3 Proceso 3---4 Proceso 4---1

9.

Se tiene un sistema cerrado que contiene un gas ideal que cumple con las siguientes transformaciones como se muestra en la siguiente tabla. Puede calcular el Cv con el proceso adiabático o también con la ecuación ΔU=n Cv (Tf - Ti) en cualquier proceso y R=0,082 atm L/ mol K. Realizar el Diagrama de P vs V colocando los calores de entrada y de salida Realizar el Diagrama de T vs S Realizar el esquema de la Máquina Térmica Calcular la eficiencia de la máquina térmica y la de Carnot y comparar Calcular el cambio de Entropía de los diferentes procesos Cambio de Entropía total con la fuente y el sumidero y decir si es un proceso reversible, irreversible o imposible de realizar. Estad o

n moles

P (atm)

V (L)

T (K)

proceso

Nombre

∆U Julios

Q Julios 3040,96 6

W Julios

CALENTAMIENTO 1

1,8

1,619 5

2

1,8

2,87

1,8

1,327 8

1,8

0,749 3

36

395

1

→ 2

ISOMETRICO

3040,96 6

36

700

2

→ 3

EXPANSION ADIABATICA

-2584,16

-2584,16

ENFRIAMIENTO 3

49

440,816

3

→ 1

ISOMETRICO

-1915,01

-1915,01

COMPRESION 4

49

248,746

3

→ 1

ADIABATICA

1458,20 4

1458,20 4

∆S Julios/K

SUMA TOTAL DE ENERGIAS...