TERMODINAMICA

PROYECTO FINAL

(NOMBRE COMPLETO DEL ESTUDIANTE - CÉDULA DE CIUDADANÍA)

CHRISTIAN CAMILO CARTAGENA ROJAS- 1108454071

NORIDA AIDIL CARVAJAL ALVARADO - 53160797

NATALIA ANDREA SALAZAR CAMACHO

Tutora

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

(CEAD IBAGUÉ)

(DICIEMBRE 06 DE 2013)

CONTENIDO

Página

INTRODUCCIÓN 4

1. OBJETIVOS 5

1.1 Objetivo General 5

1.2 Objetivos Específicos 5

2. ELABORAR DIEZ EJEMPLOS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS EN EL HOGAR O EMPRESA EN DONDE TRABAJEN……………………………………………………

3. CALCULAR CONSUMOS ENERGÉTICOS PARA CADA UNO DE LOS DIEZ SISTEMAS EN DONDE QUEDE CLARO EL PROCEDIMIENTO PASO POR PASO ……………………………………………………………………….7

4. COMPARAR EL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON EL CONSUMO DE GAS PARA HERVIR UN LITRO DE AGUA. EXPLICAR MUY BIEN TODOS LOS PASOS QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA……………………………………………….. 8

5. DESCRIBIR EN QUÉ CONSISTE CADA UNO DE LOS PRINCIPALES CICLOS DE POTENCIA Y ENCUENTRE UNA APLICACIÓN A NIVEL INDUSTRIAL DE CADA UNO DE ELLOS. 9

5.1 Ideal de Carnot 9

5.2 Rankine 10

5.3 Brayton 11

5.4 Stirling. 12

6. DESCRIBIR EN QUÉ CONSISTE CADA UNO DE LOS PRINCIPALES CICLOS DE REFRIGERACIÓN Y ENCUENTRE UNA APLICACIÓN PARA CADA UNO DE ELLOS: 13

6.2 Carnot inverso 13

6.2 Refrigeración por compresión 13

6.3 absorción. 14

7. DETERMINAR LOS CICLOS TERMODINÁMICOS QUE SE DAN AL INTERIOR DE UN VEHÍCULO 14

8. PARA UNA NEVERA, REVISE QUE TIPO DE NEVERA ES Y DETERMINE EL CICLO TERMODINÁMICO QUE SE ESTÁ DANDO A SU INTERIOR. CALCULE LA EFICIENCIA DEL CICLO TERMODINÁMICO. DETERMINE EL CONSUMO DE ENERGÍA Y POTENCIA. 17

CONCLUSIONES 17

BIBLIOGRAFÍA 19

INTRODUCCIÓN

La termodinámica es una parte esencial en el día a día de nuestras actividades, lo podemos observar como primera medida en nuestro cuerpo ya que es considerado un ejemplo de un sistema Adiabático, o sea que no hay transferencia de calor ya que nuestra temperatura interna se mantiene aunque en el exterior haga frio e independiente de la presión y el volumen de nuestro cuerpo.

En el curso de termodinámica de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia, y con el desarrollo de este trabajo se pretende mostrar los diferentes sistemas termodinámicos, conocerlos y aplicarlos a nuestra vida diaria. Además también conoceremos y aprenderemos sobre los ciclos termodinámicos que tiene una gran importancia en el desarrollo de diferentes disciplinas de la ingeniería. Por otra parte, Surgen entonces varias preguntas en relación con los ciclos refrigerantes, por ejemplo: ¿cómo producir frío?, ¿qué elementos constituyen un sistema de refrigeración?, ¿qué características debe poseer un material para que sea un buen refrigerante?

Con el desarrollo de los ejercicios se abordarán los temas expuestos y se dará un completo conocimiento de los mismos.

OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Conocer y desarrollar en problemas resueltos cada uno de los sistemas termodinámicos y ciclos termodinámicos para el completo reconocimiento y comprensión de su conceptualización.

Objetivos Específicos

Conocer el concepto de los sistemas termodinámicos y su aplicación en la vida cotidiana.

Encontrar fuentes de información que faciliten la resolución de problemas y sean aplicables a nuestro diario vivir

Evaluar los diferentes procesos termodinámicos que se presentan en nuestro diario vivir y afianzar los conocimientos con el funcionamiento de cada uno.

ELABORAR DIEZ EJEMPLOS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS EN EL HOGAR O EMPRESA EN DONDE TRABAJEN

CALCULAR CONSUMOS ENERGÉTICOS PARA CADA UNO DE LOS DIEZ SISTEMAS EN DONDE QUEDE CLARO EL PROCEDIMIENTO PASO POR PASO

Las cantidades de energía consumida o entregada se obtienen multiplicando la potencia del equipo por el tiempo durante el cual trabaja. Si la potencia se expresa en W y el tiempo en segundos, el producto (cantidad de energía) queda en J. De esta forma, un bombillo de 20 W que trabaja durante sesenta segundos debe consumir 20 W x 60 s = 1 200 J. Debido a que el joule es una cantidad muy pequeña para la mayoría de los casos prácticos, frecuentemente se usa una unidad que es de 3 600 000 veces mayor, que resulta de multiplicar la potencia en kW por el tiempo en horas, en lugar de segundos. Esta unidad recibe el nombre de kilowatt-hora o kWh (debe leerse así: kilowatthora y no kilowatt por hora). 

Energia consumida=Potencia del equipo*tiempo de trabajo

EC=W*seg.=J ó EC=kW*h=kWh

Equipo Potencia kW Tiempo de operación horas Consumo energético kW/hora

Lavadora 5000 1,5 5000*1,5=7300

Plancha 1000 2,3 1000*2,3=2300

Bombillo ahorrador 20 9 20*9=180

Secador de pelo 1200 1 1200*1=1200

Potencia E Tiempo de operación segundos Consumo energético J

Microondas 1000 120 1000*120=120000

Cafetera 800 240 8000*240=192000

En calentadores de agua a gas Los quemadores de gas consumen combustible en base a su salida de BTU. El gas natural y propano tienen niveles específicos de la energía que contienen. Un pie cúbico de gas natural contiene 1075 BTU de energía. Sin embargo, los quemadores de gas no son 100 por ciento eficiente. Si conoces la eficiencia del quemador, puedes calcular el consumo de combustible exacto por la salida. Si no la conoces, tendrás que utilizar una aproximación. El gas LP y el gas natural contienen diferentes cantidades de energía, por lo que el factor de conversión es diferente.

Consumo aproximado de gas

Encuentra la tasa de salida del quemador a partir de la documentación del usuario o la etiqueta de la máquina como la que se encuentra en un calentador de agua. La potencia de salida se mostrará en BTU (por ejemplo, 40.000 BTU). BTU significa Unidades Térmicas Inglesa (British Thermal Units).

Determina el combustible utilizado y selecciona el factor de conversión. Los quemadores de gas natural utilizan un factor de conversión aproximado de 1.000. Los de LP o propano utilizan un factor de conversión aproximado de 2.516. Esto supone que el quemador tiene una eficiencia menor a la de 100 por ciento cuando el gas se convierte en energía térmica, tal eficiencia es diferente a la del dispositivo que utiliza el calor. Un quemador de horno podría tener un 93 por ciento de eficiencia, pero el propio horno puede ser sólo de 80 por ciento eficiente utilizando el calor

Divide la salida BTU entre el factor de conversión aproximada. Un quemador de gas natural valorado en 40.000 BTU por hora dividido por 1.000 BTU por pie cúbico (28316,846 cm3) usa aproximadamente 40 pies cúbicos (1,132 m3) de gas natural en una hora.

Características del calentador:

(Tasa de salida del quemador )/( Factor de conversión)=(54600 BTU/hora)/(1000 BTU)*pie^3 (28316,846 cm3)

=54,6 pies cubicos de gas. 1,546 m³ de gas natural en 1 hora

Consumo de gas en estufa

Todo electrodoméstico aprobado que requiere gas tiene una chapa que indica su potencia o cuánto consume en kilocalorías por hora (kcal/h).

Para hacer el cálculo del consumo de gas por red, se debe tomar:

Valor en kilocalorías por hora (kcal/h) del electrodoméstico y dividirlo por 9300 calorías por m3 de gas (kcal/m3)

Así obtendremos la cantidad de metros cúbicos de gas que consumimos por hora.

Datos Consumo por hora Kcal 1500

(Kcal/h)/(9300 Kcal/m^3 )= 0,1612 m^3/h

COMPARAR EL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON EL CONSUMO DE GAS PARA HERVIR UN LITRO DE AGUA. EXPLICAR MUY BIEN TODOS LOS PASOS QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA

La cantidad de calor (energía) que hay que darle a un gramo de agua para elevar su temperatura un grado centígrado se llama “Caloría”.

Además, 1 caloría equivale a 4,186 Joules, que es otra unidad de energía.

Para calcular cuanta energía tenemos que darle a un litro de agua aplicamos la siguiente formula:

Q = Cp * ρ * V * ΔT

Donde:

Q: Es la cantidad de calor (energía) necesaria.

Cp: Es el calor especifico del agua para subir su temperatura un grado centígrado.

ρ: es la densidad del agua.

V: es el volumen de agua que queremos calentar.

ΔT: es la diferencia entre la temperatura del agua para el mate y la temperatura del agua que vamos a calentar (es decir, cuantos grados vamos a subir la temperatura del agua).

Temperatura final: 85 °C

Temperatura inicial: 20 °C.

ΔT = 65 °C (en realidad la unidad es en grados kelvin, pero

...