Termodinamica

La segunda ley de la termodinámica explica el comportamiento térmico formulado en las maquinas térmicas Celcius y Kelvin. Existen en la naturaleza cantidades de por esos que los que se cumple la primera ley pero ocurren en una sola dirección por eso se hizo necesario el concebir una ley que tratara los procesos reversibles y el comportamiento por ciclos del sistema.

El conocimiento de la entropía y de los ciclos termodinámicos permite comprender y afianzar los procesos estudiados en la primera parte del modulo además de concientizarnos del entorno termodinámico que nos presenta la vida cotidiana.

El presente trabajo muestra mediante demostraciones de sistemas hogareños los conceptos adquiridos en la segunda unidad de termodinámica de la Unad consta de cinco procesos termodinámicos a los cuales se les encuentra la entropía y el rendimiento de un motor vehicular y un refrigerador .

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Reconocer de manera eficaz los diferentes ciclos y cálculos de entropías de los sistemas termodinámicos aplicando los conceptos de la segunda ley de la Termodinámica

1.2 Objetivos Específicos

Reconocer los principios de la Segunda Ley de la Termodinámica y sus aplicaciones

Desarrollar destrezas en el cálculo de entropías en los diferentes sistemas termodinámicos  

2. CINCO SISTEMAS TERMODINÁMICOS REALES DE SU HOGAR O EMPRESA EN DONDE TRABAJA

Sistema Termodinámico 1:

PROCESO ISOBARICO sistema abierto

AGUA HIRVIENDO TEORÍA :

Usamos la ecuación para procesos reversibles dS = ( ᵟQ/T) para irreversibles dS > ( ᵟQ/T)

dS = Ncp dT/ T y su incremento ∆S =∫_(T_1)^(T_2)▒(nc_p dT)/T = nc_pln(T_2/T_1 ) En términos de volumen teniendo en cuenta que es a presión constante y se cumple la ley de charles

∆S= nc_pln(V_2/V_1 )

Tenemos los siguientes datos supongamos que empezamos con 0 °c = 273 °k y el agua hierve a 100°c = 273°k sabemos que el agua líquida mantiene su densidad constante asi que su capacidad calorífica es constante c_p= 73,3 J/molK

El vapor de agua se comporta como un gas ideal y su capacidad calorífica es

c_p=36.86-7,9*〖10〗^(-3) T+9,2* 〖10〗^(-6) T

SISTEMA TERMODINAMICO =

Encontramos las moles en 500 cm3 (problema planteado en el colaborativo 1) de agua sabemos que el peso molecular del agua es 18 g entonces el numero de moles es 500g/ 18gmol = 27,7 moles a 273 °k

Calentamiento de agua liquida de 273 k a 373k .

Usamos la ecuación ∆S= nc_pln(T_2/T_1 ) = 27,7 * (73,3 J)/molK ln(373/273) mol

∆S= 652,7 J/K

Transformación de agua líquida de 373 k a 5 cm3 (planteado en colaborativo 1)de vapor n moles = 0,28 moles

∆H= 0,28 mol * 40292 ( J)/molK = 11281,76 J

∆S2= 11281,76 J/ 373K = 30,24 J/K

La variación de la entropía es la suma de las variaciones entonces

∆St = 652,7 J/K + 30,24 J/K = 682,946 J/K

Sistema Termodinámico 2: Licuadora 500 W

500W = 1 Kw /1000 w =0,5 KW

Calculo el tiempo de uso por dia : 5 minutos convertidos en horas consumo energético hora 5 min *1 h/60 min = 0,083 h

Ahora duenta el tiempo y la cantidad de KW tenemos que:

Consumo energético = 0,5 KW *0,083 h =0,041 KWh

Encontramos la entropía como el cociente entre la energía consumida durante el tiempo de calentamiento y la temperatura en kelvin tomemos la temperatura ambiente con 20ºC y se calentó hasta 40ºC

1Wh= 1J/s *3600 s = 3600J

Q= 0,041*3600s/1h = 147,6 J

∆T=40ºC-20ºC=20ºC en Kelvin 293,15 K

∆S=Q/∆T= (147,6 J)/(293,15 K) =0,5 J/K

Sistema Termodinámico 3: Lampara eléctrica

Supongamos que está encendida 12 horas diarias conectada a una red eléctrica que circula a una intensidad de 7,9 amperios y a una tensión de 110 v

Potencia= volatje * corriente = 110 v *7,9 A = 869 Watts = 0,869 KW

Para hallar el consumo de la energía durante 12 horas multiplicamos los dos valores 0,869KW * 12 = 10,428 KW

-la entropía se conoce como el cociente entre el calentamiento y la temperatura en Kelvin, Teniendo en cuenta que la temperatura ambiente es de 20º c y se calentó hasta 320ºC

1Wh= 1J/s *3600 s = 3600J

Q= 10,428 * 3600/1h= 37549,8 J

∆T=320ºC-20ºC=300ºC en Kelvin 573,15 K

∆S=Q/∆T= 37540,8J/(573,15 K) =65,49 J/K

Sistema Termodinámico 4: horno tostador 850w

850w *1 kw/1000w = 0,85 KW

Calculando el tiempo de uso por 15 minutos los convertimos en horas

15 min* 1h/60 min = 0,25 h

Multiplicamos para convertir al consumo diario 0,85 kw* 0,25h = 0,21 KWh

Encontramos la entropía entonces teniendo en cuenta que la temperatura ambiente es 20º C y se calentó hasta 210ºC

1Wh= 1J/s *3600 s = 3600J

Q= 0,21 * 3600/1h= 756 J

∆T=210ºC-20ºC=190ºC en Kelvin 463,15 K

∆S=Q/∆T= 756J/(463,15 K) =1,63 J/K

Sistema Termodinámico 5: Sandwichera 750w

Pasamos a KW

750W*

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