Termodinámica 2003          

Practica

Unidad Temática 4                                   

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

 

Problema 1

Una maquina que funciona siguiendo un ciclo de Carnot reversible recibe 150kJ/s de calor desde una fuente a 425°C y cede calor a un sumidero a 30°C. Cuál es la potencia desarrollada y el calor cedido?

Respuesta: 85 Kw; 65 Kw

 

Problema 2

Las siguientes máquinas desarrollan una potencia de 80.000 kW. Determínese para cada caso las cantidades de calor recibidas y cedidas:

a)      Una máquina que funciona siguiendo un ciclo de Carnot reversible entre una fuente a 600K y un sumidero a 300 K

b)      Una máquina que opera entre las mismas fuentes, pero que tiene un rendimiento térmico igual a 0,3.

Respuesta: a) Q1 = 160 Mw; Q2 = 80 Mw; b) Q1 = 266,67 Mw; Q2 = 186,67 Mw;

 

Problema 3

Un gas ideal pasa en forma irreversible de un estado 1 definido por su presión p1 y su volumen específico v1 a un estado 2 definido por p2 y v2. Hállese una expresión que permita calcular la variación de entropía que sufre dicho sistema. Si el proceso entre estos estados hubiese sido reversible, la variación del entropía del sistema sería mayor, menor o igual a la anterior? Por qué?

 

Problema 4

Cierta cantidad de un gas ideal (de calor molar a presión constante igual a 7/2*Ru), a 20°C y 1 bar ocupa un volumen de 70 m3 y se calienta a presión constante hasta 25°C mediante la transferencia de calor desde una fuente a 40°C. Calcúlese la variación de entropía del universo. Es irreversible el proceso? En caso afirmativo, cual es la causa de irreversibilidad?

Respuesta: 88 Joule.

 

Problema 5

Un motor de automóvil tiene un consumo de 20 litros por hora entregando en las ruedas una potencia de 60 kW. Si el poder calorífico del combustible es de 44.000 kJ/kg y la densidad del mismo es de 0,8 g/cm3, cual es el rendimiento térmico del motor? (30%)

Respuesta: 30%

 

Problema 6

Se tiene un sistema de acondicionamiento de aire que funciona según un ciclo inverso al de Carnot. Cual será la potencia consumida por el mismo si la temperatura de la habitación a acondicionar se mantiene a 20º C, la temperatura del exterior se encuentra a 35ºC y el calor a extraer es igual a 750 kJ/min?

Respuesta: 0,64 Kw

 

Problema 7

Una maquina térmica recibe 75 MJ/h a 1300 K entregando una potencia de 8 kW. Si la fuente fría se encuentra a 290 K, determine, mediante la desigualdad de Clausius si el proceso es posible. Calcule además la variación de entropía del universo.

Respuesta: 0,028 Kw / K

 

Problema 8

Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción contiene agua líquida saturada a 200 kPa. Una fuente que trabaja a 500º C le cede 450 kJ de calor, provocando que parte del líquido se evapore a presión constante. Calcule la variación de entropía del universo. El proceso es reversible, irreversible o imposible? Porqué?

Respuesta: 0,562 kJ/K, irreversible

 

Problema 9

A una válvula ingresa vapor de agua a 10 Mpa y 600°C, saliendo de la misma a 6 Mpa; luego ingresa a una turbina adiabática irreversible produciéndose un aumento de entropía de 0,5 kJ/kgK, realizándose la descarga a 0,03 Mpa. El caudal es de 5000 kg/h. Determinar:

a)      temperatura de salida de la válvula.

b)      trabajo producido por la turbina.

c)       rendimiento isentrópico de la turbina.

d)      Variación de entropía del universo.

Respuesta: a) 586 °C; b) 1,46 Mw; c) 86%; d) 0,99 Kw / K

 

Problema 10

En una turbina adiabática entra vapor de agua a 5 Mpa y 400º C y sale a 200 kPa.

a)      Determine la cantidad de trabajo máxima que esta turbina puede entregar.

b)      Si el rendimiento isentrópico de la misma fuera de 0,8, determine el estado de salida

Respuesta:. a) 678, 4 kJ/kg; b)h2 = 2652,9 kJ/kg; S2 = 120,23 kJ/kgK.

 

Problema 11

Un tanque rígido aislado de 0,5 m3 contiene 0,9 kg de CO2 a 100 kPa. Una hélice efectúa trabajo sobre el CO2 hasta que la presión llega a los 120 kPa. Determine, considerando el comportamiento del CO2 como el de un gas ideal de calor específico constante, la variación de entropía del gas y del universo.

Respuesta: 0,108 kJ/K

 

Problema 12

Una planta motriz emplea agua como fluido de trabajo y opera según el siguiente ciclo:

a)      El agua a 1,5 Mpa y 300°C es estrangulada irreversiblemente hasta 0,2 Mpa.

b)      Luego se expansiona isentrópicamente hasta que se satura.

c)      A continuación se condensa a presión constante hasta llegar a un título igual a 0,1.

d)      Luego es comprimida iséntropicamente hasta 1,5 Mpa.

e)      Finalmente es calentada a presión constante hasta el estado inicial.

Se pide esquematizar el ciclo en un diagrama T-s, calcular el rendimiento térmico de la máquina y la variación de entropía del universo si la máquina intercambia calor solamente con una fuente a 700°C y la atmósfera que está a 20°C

Respuesta: ht = 0,15; DSu 0 4,65 Kjoule / KgK.