Maquinas termicas

Alumnas:[pic 1][pic 2][pic 3]

Quiroz Palomino Mónica Pamela

Velázquez Rosas Dareli Gwendoline

Segunda ley de la termodinámica y depósitos de energía térmica.

6-1C. No es posible, ya que el agua no es un combustible y no podría funcionar dicho motor de automóvil.

6-2C. Una máquina que produce más energía de la que produce.

No satisface la primera ley de la termodinámica ya que la energía por lo menos tendría que ser la misma de entrada que la de salida, y en la segunda L/T no se puede producir trabajo a partir de un único foco térmico, se necesita de un foco caliente y uno frío para poder realizar transferencia de calor.

6-3C.  Transfiriendo 5kWh de calor a un cable de resistencia eléctrica y produciendo 5kWh de electricidad.

6-4C. Una persona queme más calorías de las que consumió.  

6-5C. No puede suceder esto, ya que el calor no puede pasar de un medio de temperatura baja a un medio con temperatura más alta.

6-6C. Si ya que la temperatura del horno permanece constante sin importar cuánto calor se transfiera a las papas.

6-7C. En el punto crítico, solo las fases líquidas y gaseosas pueden coexistir en equilibrio y en el punto triple todas las fases sólidas, líquidas y gaseosas pueden coexistir en equilibrio.

Máquinas y eficiencia térmicas.

6-8C. 1. Reciben calor de una fuente a temperatura alta.

          2. Convierten parte de este calor en trabajo.

          3. Rechazan el calor de desecho hacia un sumidero de calor de baja temperatura.

          4. Operan en un ciclo.

6-9C. “Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo”

6-10C. Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo. Una máquina térmica debe intercambiar calor con un sumidero de baja temperatura, así como con una fuente de temperatura alta para seguir funcionando.

Un ciclo de máquina térmica no se puede completar sin rechazar cierta cantidad de calor a un sumidero de baja temperatura.

6-11C. a) Primera ley y b) la segunda ley de la termodinámica, de acuerdo al enunciando de Kelvin-Planck ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia térmica de 100%.

6-12C. No, por el simple hecho de que el calor se transfiere siempre de un medio de alta temperatura a otro de baja, y nunca, al contrario, o si es igual no habría ninguna transferencia por lo que sería puro calor.

6-13C. No, es una limitación que se aplica a las máquinas térmicas ideales y reales, es decir, motores que reciben calor y se convierte algo de eso en trabajo.

6-14C. Ningún motor térmico puede intercambiar calor con un solo depósito y producir un cantidad equivalente de trabajo. No existe un motor térmico puede tener una eficiencia del 100% y menos con desgasto de uso.

6-15C. El método (b) colocando un elemento calentador en el agua, ya que el calentamiento del agua en la cacerola se puede lograr en menor entrada de energía eléctrica con el elemento.

6-17.

Datos:

H = 280 GJ/h [pic 4]

L = 8 GJ/h + 165 GJ/h= 173 GJ/h[pic 5]

Procedimiento:

salida = H - L[pic 6][pic 7][pic 8]

W= J/s

ŋter= ( salida)/H[pic 9][pic 10]

Solución:

salida = (280 – 173) GJ/h= 107 GJ/h= W= (107x109 J)/(3600 s)= 29.7 MW[pic 11]

H = 280 GJ/h=  W= (280x109 J)/(3600 s)= 77.7 MW[pic 12]

ŋter= (29.7 MW)/(77.7 MW)= 0.3822= 38.2%

6-18E.

Partimos de la fórmula de eficiencia para una máquina térmica. [pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

6-22.

Datos:

salida/neto = 150 MW [pic 16]

 carbón= 60 toneladas/h[pic 17]

Pccarbón=30 000 kJ/kg

Procedimiento:

H =  carbón Pccarbón[pic 18][pic 19]

W= J/s

ŋter= ( salida)/H[pic 20][pic 21]

Solución:

H =  (60 000 kg/h)(30 000 kJ/kg)= 1.8x109 kJ/h = 1.8x1012 J/ 3 600 s= 500 MW[pic 22]

ŋter= (150 MW)/(500 MW)= 0.300 = 30 %

Refrigeradores y bombas térmicas.

6-30C. Los refrigeradores y las bombas de calor operan en el mismo ciclo, pero difieren en sus objetivos. El propósito de un refrigerador es mantener el espacio refrigerado a una temperatura baja eliminando calor de éste. El objetivo de una bomba de calor, sin embargo, es mantener un espacio calentado a una temperatura alta.

6-31C. La diferencia entre el refrigerador y el aire acondicionado es el propósito. El del refrigerador es eliminar el calor de un espacio refrigerado, mientras que el propósito del aire acondicionado es eliminar el calor de un espacio habitable.

6-32C. El coeficiente de desempeño de un refrigerador es la cantidad de calor eliminado del espacio refrigerado para cada unidad de entrada de trabajo suministrado. Y sí puede ser mayor a una unidad.

6-33C. El coeficiente de desempeño de una bomba térmica es la cantidad de calor suministrado al espacio calentado para cada unidad de trabajo suministrado. Siempre es mayor que la unidad puesto que COPR es una cantidad positiva.

6-34C. No, porque una bomba de calor captura energía mediante un medio frío y la lleva a un medio caliente. No crea dicha energía.

6-35C. No, porque un refrigerador se quita la energía calorífica de un medio frío y la lleva a un medio caliente, no la crea.

6-36C .No, porque el refrigerador consume trabajo para poder extraer el calor de un medio frío.

6-37C. No, porque la bomba de calor también utiliza trabajo para extraer el calor de un medio frío.

6-38C. Nos dice que ningún dispositivo puede transferir calor de un medio frío a uno caliente sin necesitar de calor o trabajo de otro medio.

6-39C. Es imposible ya que se está generando mucho trabajo pero esto significa que se esté generando la misma cantidad de calor.

6-50.

Suposiciones: 1) El aire acondicionado funciona de manera constante. 2) La casa está bien sellada para que no entre ni salga aire durante el enfriamiento. 3) El aire es un gas ideal con calores específicos constantes a temperatura ambiente.

Datos:  [pic 23]

[pic 24]

El calor es removido en 30 min. Por lo tanto, la tasa promedio de eliminación de calor de la casa es

[pic 25]

Usamos la definición del coeficiente de rendimiento, que determinará la entrada de potencia al aire acondicionado.

 [pic 26]

6-58.

Datos:

P1=100 kPa

X1=20% = 0.2

P2= 100 kPa

T2= - 26 °C

COPR= 1.2

salida/neto= 600 W[pic 27]

Por las tablas A11-A12 Refrigerante R-134a saturado. Tablas de temperatura y presión.

h1=60.708 kJ/kg

h2=234.46 kJ/kg

Procedimiento:

L=(COPR)salida/neto[pic 28][pic 29]

R=L/(h1 - h2)[pic 30][pic 31]

H =  L + salida/neto[pic 32][pic 33][pic 34]

Solución:

L=(1.2)(0.6 kW)= 0.72 kW[pic 35]

R= 0.72 kW/(234.46 kJ/kg – 60.708 kJ/kg)= 0.00414 kg/s[pic 36]

H =  (0.72 + 0.6) kW= 1.32 kW[pic 37]

MÁQUINAS DE MOVIMIENTO PERPETUO.

6-59C. Se trata de una máquina de movimiento perpetuo que viola la primera ley de la termodinámica (MMP1), ya que este dispositivo descrito crea energía

6-60C. Se trata de una máquina de movimiento perpetuo que viola la primera ley de la termodinámica (MMP1), puesto que de igual manera es un dispositivo que crea energía.

Procesos reversibles e irreversibles.

6-61C. Los ingenieros están interesados en procesos reversibles porque los dispositivos que producen trabajo, como motores de automóviles y turbinas de gas o vapor, entregan el máximo de trabajo, y los dispositivos que consumen trabajo, como compresores, ventiladores y bombas, consumen el mínimo de trabajo cuando se usan procesos reversibles en lugar de irreversibles.

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