Segunda ley y aplicaciones de la termodinámica

ACT 10: TRABAJO COLABORATIVO N°2 UNIDAD II – SEGUNDA LEY Y APLICACIONES DE LA TERMODINÁMICA

LUIS FERNANDO VARGAS MARTINEZ

CODIGO 93286540

TUTORA

VICTORIA GUTIERREZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD”

TERMODINAMICA

IBAGUE MAYO 2013

Contenido

Pagina

1. Introducción……………………………………………………………………..3

1.1 Objetivo general……………………………………………………………….4

1.2 Objetivos específicos…………………………………………………………4

2. Cambio de entropía en sistemas térmicos…………………………………..5

4. Consumo de gasolina en un automóvil……………………………………..13

5. Ciclo termodinámico en una nevera, determinando su consumo de energía y potencia…………………………………………………………………………...13

Conclusiones……………………………………………………………………..15

Bibliografía………………………………………………………………………..16

INTRODUCCION

La termodinámica que es la ciencia que se ocupa del estudio de la energía y sus transformaciones, particularmente como la energía infunde movimiento. Cuando se empieza a estudiar la Termodinámica se concluye que la primera ley se relaciona con la cantidad de energía y sus transformaciones sin considerar su calidad. La segunda ley de la termodinámica no solamente se limita a identificar la dirección de los procesos, sino que también afirma que la energía tiene calidad así como cantidad, que el calor no puede ser convertido íntegramente en trabajo; siempre habrá una fracción de calor cedida a los alrededores o a otro sistema, según sea el caso, este calor cedido determina el aumento de entropía que es una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. La Segunda Ley de la Termodinámica es comúnmente conocida como la Ley de la Entropía en Aumento. Mientras que la cantidad permanece igual (Primera Ley), la calidad de la materia/energía se deteriora gradualmente con el tiempo. La segunda ley nos dice que muchos procesos son irreversibles

En este trabajo se busca aplicar y profundizar la segunda ley, los ciclos y las aplicaciones de la termodinámica, determinando el cambio de entropía en sistemas termodinámicos, el consumo de gasolina, gas o diesel en un automóvil, identificando el ciclo que este presenta y por último se buscara el ciclo termodinámico presente en una nevera, determinando su consumo de energía y potencia.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERAL

Aplicar conceptos de la termodinámica como la segunda ley, los ciclos y las aplicaciones de la termodinámica en sistemas termodinámicos, realizando y determinando cambios de entropía, consumos de energía y potencia.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Aplicar los conceptos de cambio de entropía, consumos de energía y potencia.

Determinar el consumo de gasolina, gas o diesel de un automóvil, representado el ciclo termodinámico que se adhiere a este.

Calcular el ciclo termodinámico para una nevera, realizando su consumo de energía y potencia.

Determinar el cambio de entropía para cada uno de cinco sistemas termodinámicos reales en el hogar, en donde se muestre el procedimiento utilizado.

APARATOS N° DE APARATOS CAPACIDAD WATTS HORAS DE USO CONSUMO EN Wh CONSUMO DE KWh MENSUALES

Televisor 2 250 4 2.000 Wh 60 Kwh

Licuadora 1 125 0.12 15 Wh 0.45 Kwh

Plancha 1 1000 1 1.000 Wh 30 Kwh

Radio 2 15 4 120 Wh 3.6 Kwh

Refrigerador 1 575 6 3.450 Wh 103.5 Kwh

TOTAL 197.55Kwh

Televisor:

T1=6 T2=15

Desempeño=14%

Consumo en KWh=60

Tf/Tc-Tf= 279/288-279= 31

COPr= 0.14*31=4.34

Calor extraído:

COPr Win=4.34*60=260.4

Calor desechado

Qin+Win= 4.34+60=64.34

Entropía:

Foco Frio Qin/TF = 260.4/279=0.93

Foco caliente: Qout/TC =64.34/288=0.22

Cambio de Entropía= (0.93-0.22)= 0.71

Licuadora:

T1=3 T2=18

Desempeño= 11%

Consumo en KWh= 0.45

Tf/Tc-Tf=276/291-276=18.4

COPr=0.11*18.4=2.02

Calor extraído:

COPr Win=2.02*0.45=0.90

Calor desechado

Qin+Win=2.02+0.45=2.47

Entropía:

Foco Frio Qin/TF=0.90/276=0.003

Foco caliente: Qout/TC =2.47/291=0.008

Cambio de Entropía= (0.003-0.008)= -0.005

PLANCHA:

T1=10°C T2=18°C

Desempeño: 18%

Consumo KWh: 30

Tf/Tc-Tf= 283/291-283=35.3

COPr= 0.18*35.3=6.35

Calor extraído:

COPr Win=6.35*30=190.5 KWh

Calor desechado

Qin+Win= 30KWh+190.5KWh=220.5

Entropía:

Foco Frio Qin/TF = 190.5/ 283 J/K/S = 0.67 J/K/S

Foco caliente: Qout/TC = 220.5/291 J/K/S = 0.75 J/K/S

Cambio de Entropía= (0.67-0.75) J/K/S = -0.08 J/K/S

Radio:

T1=4 T2=12

Desempeño=15%

Consumo en KWh=3.5

Tf/Tc-Tf=277/285-277=34.6

COPr=0.15*34.6=5.19

Calor extraído:

COPr Win=5.19*3.5=18.16

Calor desechado

Qin+Win=5.19+3.5=8.69

Entropía:

Foco Frio Qin/TF=18.16/277=0.06

Foco caliente: Qout/TC =8.69/285=0.03

Cambio de Entropía= (0.06-0.03)=0.03

Refrigerador:

T1= 5 T2=20

Desempeño = 25%

Consumo en KWh: 103.5

Tf/Tc-Tf=278/293-278=15

COPr=0.25*15=3.75

Calor extraído:

COPr Win=3.75*103.5=388.12

Calor desechado

Qin+Win=103.5+3.75=107.25

Entropía:

Foco Frio Qin/TF =388.12/278=1.39

Foco caliente: Qout/TC = 107.25/293=0.36

Cambio de Entropía= (1.39-0.36)=1.03

2.- Determine el consumo de gasolina, gas o diesel de un automóvil.

Camión Dodge modelo 2006 a gasolina motor V8.

El camión de 4 tiempos posee un rendimiento mecánico del 50% y desarrolla una potencia útil de o efectiva de 60 KW a 4000 rpm

El rendimiento mecánico nm

n_m=(Potencia efectiva)/(Potenci indicada)=Pe/Pi

Pi=Pe/n_m =(60-〖10〗^3)/05=120 KW

La potencia indicada en función del trabajo indicado y el tiempo

Pi=w_i/t= w_i- n_c

En un motor de cuatro tiempos, el numero de ciclos nc

n_c=(r.p.Pe)/2=4000/2=2000 c.p.m=2000/60=33.33 c.p.s

Si deseo saber el trabajo indicado

w_i=p_i/n_c =(120- 〖10〗^3)/2000=60 j/ciclo

El camión para el ejemplo nos da la cantidad de trabajo efectuada por ciclo (W= 60) y el mismo tiene una cantidad de calor admitida por ciclo de 2000 J por lo tanto se debe obtener la eficiencia térmica para lo cual se aplica la ecuación:

W/Qc = 1+ Qf/Qc = 1 – [Qf/Qc] así se obtiene la eficiencia térmica

La primer ley de la termodinámica da la cantidad de calor rechazada por ciclo, mientras que el calor de combustión refleja cuanta gasolina es necesario quemar en cada ciclo, por consiguiente en cada unidad de tiempo.

Por la primera expresión de la ecuación, la eficiencia térmica es:

e= W/Q_c =60/2000=0.03=3%

Este camión posee un calor de combustión es Lc = 5.0* 104J/g.

Sea m la masa de gasolina quemada en cada ciclo, obtenemos:

Qc= mLc

m= Q_c/L_c = 2000/(5.0*〖10〗^4 j/g)=0.04g

la masa de gasolina quemada por segundo es la masa por ciclo multiplicada por el numero de ciclos por segundo

(0.04 g/ciclo) (33.33 ciclos/seg) = 1.33 g/seg

La masa quemada por hora es:

1.33 g/seg* (3600 seg)/(1 hora)=4.788g/h=4,788 Kg/hora

Al camión en carretera le esta permitido acorde al código de transito alcanzar una velocidad de 80 km/hora, y en promedio la velocidad que alcanza es de 70 km/hora por lo tanto el combustible que consume por Km es:

4.788 g/h /70 km= 68.4 g de gasolina /km

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Se caracteriza porque en su aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este último, junto con el motor diésel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen

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