Ejercicios de La Segunda Ley y Ciclo de Carnot [PDF]

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EJERCICIOS DE LA SEGUNDA LEY Y CICLO DE CARNOT ING. 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. ºC Si no hay transferencia de calor importante 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, bar una temperatura de 400 ºC C y 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 la turbina produce un trabajo de 540 estacionaria, kJ/kg de vapor. La transferencia de calor entre la t bi turbina y ell medio di que le l rodea d ti tiene l lugar a una temperatura media en la superficie externa de 77 ºC Determine ºC. D t i l la entropía t í generada d por un kilogramo de vapor que atraviesa la turbina, en kJ/kg ºK.

GRAFICOS

SOLUCION

EJERCICIOS DE MAQUINAS TÉRMICAS É C SYC CICLO C O DE C 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;

Q =W

Ciclo reversible: (todos los estados son de equilibrio). Puede representarse en diagramas PV , TS,  C Carnot C. Carnot

TC

Tc>TF A Q1 B TC D Q2

C

TF

TF

C. 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 Se describen en sentido antihorario de calor. Se describen en sentido antihorario 

R fi Refrigerador o bomba de calor d b b d l

Motor: 1  Motor: 1 → → 2→ 3→4 →1

1→4→3→2→1

Ciclo horario

Ciclo antihorario

W>0

W0, sentido horario

Tc>TTF A Q1 B TC D Q2

ΔU = 0;

η=

C

TF

QC − QF = Q = W > 0 QC − QF QC

Wutil =