TRABAJO COLABORATIVO UNO TERMODINAMICA

PRODUCTO INTELECTUAL DEL GRUPO

GRUPO No. 20

WILMER PACICHANÁ GÁLVIZ - 16.888.352

(ARTURO GUTIERREZ - CÉDULA DE CIUDADANÍA)

TUTOR:

RUBÉN DARÍO MÚNERA T.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

CEAD – PALMIRA

Octubre 18 de 2012

CONTENIDO

Página

INTRODUCCIÓN 3

1. OBJETIVOS 4

1.1 Objetivo General 4

1.2 Objetivos Específicos 4

2. DIEZ EJEMPLOS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS EN EL HOGAR CON EL CÁLCULO DE SUS CONSUMOS ENERGÉTICOS 5

3. COMPARACIÓN DEL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON EL CONSUMO DE GAS PARA HERVIR UN LITRO DE AGUA 7

4. DIEZ EJEMPLOS EN EL HOGAR O EMPRESA EN DONDE SE REALICE UN CÁLCULO DE TRABAJO EN SISTEMAS ISOTÉRMICO, ISOBÁRICO, ISOCÓRICO Y ADIABÁTICO 8

CONCLUSIONES 9

BIBLIOGRAFÍA 10

INTRODUCCIÓN

La termodinámica es la ciencia encargada del estudio de los fenómenos donde se transfiere energía; ya sea en forma de calor o en forma de trabajo. Cuando se efectúa trabajo, es la transferencia de energía es en forma de movimiento o trabajo mecánico. Mientras que por su parte, el calor es una transferencia de energía que se da entre dos cuerpos debido a que éstos se encuentran a diferente temperatura. El calor y el trabajo son semejantes en que ambos son formas de Energía; pero difieren en su fundamento para transmitir dicha energía difieren entre sí.

Con el fin de comprender con facilidad los temas antes mencionados y que hacen parte de la Unidad No. 1 del módulo Termodinámica, se hace indispensable que de manera responsable se elabore entre cada uno de los integrantes del grupo colaborativo ejercicios que permitan aportar significativamente a la realización exitosa del trabajo colaborativo para así obtener el mayor conocimiento posible de este módulo.

En el siguiente documento se desarrollarán ejercicios que se aplican a la vida cotidiana y que corresponde a los capítulos correspondientes a la unidad uno, la cual abarca temas como; Ley Cero de la termodinámica, Trabajo, Primera ley de la termodinámica.

A continuación presentamos el desarrollo de nuestro trabajo colaborativo, donde damos a conocer por medio de ejercicios o problemas propias de esta importante materia, cada uno de los conceptos y temas fundamentales de la termodinámica.

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Aplicar de manera objetiva las distintas formulas que contiene la unidad numero uno Ley Cero, Trabajo y Primera Ley de la Termodinámica en la búsqueda de soluciones de problemas aplicados a la industria y a la vida cotidiana permitiendo afianzar conocimientos relacionados a la Termodinámica.

1.2 Objetivos Específicos

Contribuir al fortalecimiento de nuestros conocimientos para desempeñarnos de forma positiva y objetiva en la elaboración de talleres o actividades.

Aplicar y evaluar los conocimientos adquiridos, para resolver los ejercicios dados por el tutor que hacen referencia a los temas tratados en la Unidad 1.

Realizar ejercicios del hogar o de la industria donde se utilicen las formulas de los capítulos de la primera unidad de tal manera que el estudiante fortalezca su capacidad de aplicación con respecto a los conceptos aprendidos.

Elaborar un trabajo final, la cual es el compendio de todos los aportes individuales revisados y mejorados, de tal manera que se tiene en cuenta los aportes de todos.

2. DIEZ EJEMPLOS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS EN EL HOGAR CON EL CÁLCULO DE SUS CONSUMOS ENERGÉTICOS

Ejemplo 1: Sistema termodinámico: (Transferencia de calor por conductividad)

La pared de la vivienda donde yo habito está formada por una capa de ladrillo limpio (parte externa) de un espesor de 10 cm y una conductividad térmica de 0.8 W/m ºC e internamente está formada por una capa de cemento con un espesor de 2 cm con una conductividad de 0.6 W/m ºC y una capa de estuco de espesor de 5 cm y conductividad de 0.24 W/m ºC. Sí la temperatura en la parte externa alcanza los 35ºC y la temperatura en la parte interna alcanza los 27ºC y la pared posee longitudes de 4.5m de largo y 2.8m de alto. Determine:

Calor transmitido

La temperatura entre el ladrillo y el cemento

Q=(K A (T_1-T_2))/x Ecuación Transferencia de Calor por conductividad

Q=(A (T_1-T_2))/(x_Lad/K_Lad +x_Cem/K_Cem +x_Estu/K_Estu )

Q=((4.5*2.8)m² (35-27)ºC Watt)/([(0.1/0.8)+(0.02/0.6)+(0.005/0.24)]m m ºC)

Se cancelan las unidades quedando solo Watt

Q=562.6 Watt

Ejemplo 2

La temperatura entre el ladrillo y el cemento

Q=(K A (T_1-T_2))/x T2 =?

(Q x)/(K A)= T_1-T_2

T_2+(Q x)/(K A)= T_1

T_2= T_1-(Q x)/(K A)

T_2=35 ºC- ((562.6)Watt (0.1)m m ºC)/((0.8)Watt (4.5*2.8) m²)

T_2=29.4 ºC

Ejemplo 3

Para elevar la temperatura de 1 litro de agua que inicialmente se encuentra a una temperatura de 24ºC y se necesita llevar a una temperatura de ebullición que a nivel del mar es 100ºC. Teniendo en cuenta que el Calor específico del agua es 4.18 KJ / Kg ºC y que su densidad es 1000 Kg / m³ Determine la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura.

Q=MC_P ∆T Calor Sensible

ρ=M/V □(⇒┴ ) M=ρ V □(⇒┴ ) M=(1000 Kg)/m³*1Lt*1m³/1000Lt

M=1 Kg

Q=MC_P ∆T

Q=1 Kg*4.1813 KJ/(Kg ºC)*(100-24)ºC

Q=317.8 KJ

Ejemplo 4:

En la despulpadora San Miguelito, llegó un pedido de compra de 205 bolsas de pulpa de mora y cada bolsa contiene 230 g de la misma. Para obtenerlas se realizó el siguiente proceso:

La fruta llega a 31°C, se clasifica, se selecciona y se despulpa, se lleva a una marmita para retirarle agua y concentrarla. La marmita utiliza 3 Kg de vapor saturado de agua a 143,27 KPa, el cual cede su calor a la fruta y se condensa. El Cp fruta = 3,56 KJ / Kg °C

Determine la temperatura final a la que llega la pulpa de fruta después de ser concentrada.

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Para el desarrollo de la actividad anterior trabajé con los datos proporcionados por las tablas de vapor del libro Termodinámica. Autores: Yunus Cengel y Michael Boles. Edición 4ta. Tablas: A-4 Pág. 728. Donde se muestra que a una presión de 143,27Kpa el vapor saturado tiene una entalpía de vaporización de 2230,2 KJ / Kg

M_Pulpa=(230 g)/bolsa*205bolsas=47150 g

M_Pulpa=47,15 Kg

Q ganado pulpa = Q perdido vapor

〖MC_p ∆T〗_pulpa= 〖Mλ〗_vapor

47,15 Kg*3,56 KJ/(Kg °C)*(T_f-31)°C=3 Kg*2230,2 KJ/Kg

167,854 T_f-5203,474=6690,6

T_f=(6690,6+5203,474)/167,854 → T_f=70,86 °C

Lo que indica que cuando el vapor saturado cede su calor hasta que se condensa y se convierte en líquido saturado; eleva la temperatura de la pulpa de fruta de 31°C hasta 70,86°C.

Ejemplo 5:

A- El techo de una casa consta de una losa de concreto de t = 0,8 ft (pies) de espesor (k = 1,1 Btu/h.ft.°F) que tiene H = 25 ft de ancho y L = 35 ft de largo. La emisividad de la superficie exterior del techo es ε = 0,8 y se estima que el coeficiente de transferencia de calor por convección es h = 3,2 Btu/h.ft2.°F. En una noche clara de invierno se informa que el aire ambiental está a Tf=50°F, en tanto que la temperatura del cielo nocturno para la transferencia de calor por radiación es Talrd =310°R. Si la temperatura de la superficie interior del techo es T1 = 62°F, determine: La temperatura de su superficie exterior.

T_1=62°F=522°R

T_f=50°F=510°R

Q_k=Q_c+Q_r

A=H*L=25ft*35ft=825〖ft〗^2

Q_k=k*A*((T_1-T_2)/t)=1.1 Btu/(h.ft.°F)*825〖ft〗^2*(522-T_2)/0.8=592143,75-1134,375T_2

Q_c=h*A_s*(T_2-T_f )=3.2 Btu/(h.〖ft〗^2.°F)*825〖ft〗^2*(T_2-510)°R=2640T_2-1346400

Q_r=ε*σ*A*(〖T_2〗^4-〖T_alr〗^4 )=0.8*0.1714x〖10〗^(-8)*825*(〖T_2〗^4-〖310〗^4 )= 0.00000113124〖T_2〗^4-10447.2389

Remplazando

Q_k-Q_c-Q_r=0

592143,75-1134,375T_2-2640T_2+1346400- 0.00000113124〖T_2〗^4+10447.2389=0

0.00000113124〖T_2〗^4+3774.375T_2-1948990.98883=0

Resolviendo la ecuación T_2=497.97°R

El calor transferido es:

Q_k=1.1*8.25*(522-497.97)/0.8=27293.06 Btu/h

Ejemplo 6:

Se tiene un sistema formado por un baño de agua, cuya masa es de 200 g, y su temperatura es de 25ºC inicialmente. Este sistema está conectado al exterior mediante una polea, la cual sostiene un cuerpo y está conectada a un agitador inmerso en el agua. Al caer el cuerpo se mueve el agitador y el agua se calienta a 40ºC. Determine E, q y w debido al cambio experimentado por el sistema y el medio.

Solución:

, pero q=0  

Ejemplo 7:

Una central eléctrica de 600MW que se enfría en un rio cercano tiene una eficiencia térmica del 40%. Determine la transferencia de calor hacia el agua del río.

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