CALOR Y ONDAS ACTIVIDAD 6 PROBLEMAS DE FÍSICA TÉRMICA II

CALOR Y ONDAS

ACTIVIDAD 6

PROBLEMAS DE FÍSICA TÉRMICA II

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INTEGRANTES:

DUARTE JACOME GEILI MARCELA

RAMIREZ RESLEN JUAN SEBASTIAN

SUAREZ OSPINO JESUS DAVID

VASQUEZ BRUGUES JOSE CARLOS

ZAPATA MORERA DANIELA ALEXANDRA

GRUPO:  8

DOCENTE:

EUGENIO NICOLAS CASTELLON SANTOS

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA INDUSTRIAL

2021

PROBLEMA 2

Un acondicionador de aire tiene un coeficiente de rendimiento de 2.9 en un día caluroso, y utiliza 850 W de energía eléctrica. a) ¿Cuántos joules de calor extrae el sistema de aire acondicionado de la habitación en un minuto? b) ¿Cuántos joules de calor entrega el sistema de aire acondicionado al aire caliente del exterior en 1 minuto? c) Explique por qué las respuestas a los incisos a) y b) son diferentes.

Solución:

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PROBLEMA 2

Un refrigerador tiene un coeficiente de rendimiento de  2.25,opera  con  95  W  de energía  eléctrica  y  su  compartimento  interior  tiene una  temperatura  de  5°C.  Si se coloca una docena de botellas de plástico con 1 L de agua a 31°C en este refrigerador, ¿cuánto tiempo en horas les tomará enfriarse a 5°C? (Ignore el calor que desecha el plástico).

• Procedemos a hallar la masa del agua ya que el ejercicio no proporciona este dato, despejando esta de la fórmula de la densidad

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• La densidad del agua es de [pic 31]

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• Hallamos , que es la cantidad de energía que se entrega al deposito frio, es decir, el calor que se necesita extraer del agua para producir enfriamiento[pic 34]

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• Utilizamos la formula del COP para despejar el trabajo realizado

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• Una vez hallado el trabajo, despejamos tiempo de la formula de la potencia

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Respuesta

• El tiempo que les tomara enfriarse a la docena de botellas de agua a una temperatura de 5°C  es de 1.69h.

PROBLEMA 3

Un cilindro contiene oxígeno a una presión de 2.00 atm. El volumen es de 4.00 L y la temperatura de 300 K. Suponga que el oxígeno se puede tratar como gas ideal, y que se somete a los siguientes procesos:

1. Calentamiento a presión constante del estado inicial (estado 1) al (estado 2), donde T = 450 K.
2. Enfriamiento a volumen constante a 250 K (estado 3).
3. Compresión a temperatura constante a un volumen de 4.00 L (estado 4).
4. Calentamiento a volumen constante a 300 K, regresando el sistema al estado 1.

Preguntas:

1. Muestre estos cuatro procesos en un diagrama pV, dando los valores numéricos de p y V en cada estado.
2. Calcule Q y W para cada proceso.
3. Calcule el trabajo neto efectuado por el oxígeno en el ciclo completo.
4. Determine la eficiencia de este dispositivo como máquina térmica y compárela con la de una máquina de ciclo de Carnot que opera entre las mismas temperaturas mínima y máxima de 250 y 450 K.

Solución:

1. Muestre estos cuatro procesos en un diagrama pV, dando los valores numéricos de p y V en cada estado.

Para dar solución a este inciso se deben analizar cada uno de los procesos y la relación que existe entre ellos, obteniendo lo siguiente:

[pic 62]Una vez graficado el proceso se procede a encontrar los valores numéricos de P y V en cada estado, de la siguiente manera:[pic 63]

* Del estado 1 al estado 2, se observa un proceso isobárico, por lo tanto:

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* La temperatura en el estado 4 será igual a la temperatura 3, debido a que es un proceso isotérmico:[pic 65]

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* El volumen 1 y volumen 4 son iguales, porque se presenta un proceso isocórico:

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* Para calcular el volumen en 2, se utilizará el estado 1 y estado 2:

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Como la presión en 1 y 2 es constante, sale de la ecuación; Quedando así:

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Despejando volumen 2:

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* El volumen 2 y 3 es igual, debido a que es un proceso isocórico:

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* Para calcular la presión 3, se hace una relación con el estado 2:

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Como el volumen es constante, sale de la ecuación; Quedando así:

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Despejando presión 3:

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* Calculando la presión 4:

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Como el volumen es constante, sale de la ecuación; Quedando así:

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Despejando presión 4:

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Reemplazando valores:

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1. Calcule Q y W para cada proceso.

• De estado 1 a estado 2 (Isobárico)

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Hallando n:

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Reemplazando:

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• De estado 2 a estado 3 (Isocórico)

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Reemplazando:

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• De estado 3 a estado 4 (Isotérmico)

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Como es un proceso isotérmico Q será igual trabajo, por lo tanto:

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