TRABAJO COLABORATIVO 2 TERMODINAMICA

TRABAJO COLABORATIVO 2

GRUPO 201015_13

Presentado por

JUAN GABRIEL SASTOQUE ORJUELA

LUCIO DUVAN REALPE

BERCELIO MORALES

Tutor

VICTORIA GUTIERREZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

INGENIERIA INDUSTRIAL

2012

CONTENIDO

Página

INTRODUCCIÓN 3

1. OBJETIVOS 4

1.1 Objetivo General 4

1.2 Objetivos Específicos 4

EJERCICIOS RESUELTOS 5

3. RESUMEN DE FÓRMULAS PRINCIPALES 9

CONCLUSIONES 22

BIBLIOGRAFÍA 23

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo contiene la elaboración de los resúmenes aportados por cada uno de los integrantes del grupo colaborativo con las principales formulas, por capítulo y lección de la unidad dos del módulo de termodinámica llamada Segunda ley y aplicaciones de la termodinámica.

También se encuentra los seis ejercicios resueltos propuestos en esta actividad relacionada con el contenido de la unidad número dos de termodinámica.

1. OBJETIVOS

Objetivo General

Distinguir de manera clara, precisa y detallada cada uno de los parámetros que conlleva la Segunda Ley de la Termodinámica, despejando cualquier duda presentada en el desarrollo de esta actividad.

1.2 Objetivos Específicos

Conocer cada uno de los temarios que hacen parte de la Segunda Ley de la Termodinámica.

Comprender paso a paso el desarrollo de las diferentes aplicaciones que se presentan en la Segunda Ley de la Termodinámica,

Analizar que todos los ejercicios presentan manera de solución diferente, provocando de esta manera una línea investigativa en el estudiante.

Estudiar, analizar y determinar la aplicaciones de la Segunda Ley de la Termodinámica

Construir los diagramas Pv y Ts para los ciclos termodinámicos de potencia.

Explicar los ciclos de refrigeración por compresión de vapor y absorción

EJERCICIOS RESUELTOS

El flujo de descarga de calor al medio ambiente es de 115500 kJ/h para un aire acondicionado que extrae calor de una oficina a 1817 kJ/min. La potencia eléctrica que requiere este equipo, en kJ/h, es de:

Debemos aplicar la formula w=Qc-Qf

Recopilación de datos

Qc=115500

Qf=-1817kj/min

w=?

Se debe hallar w

Convertimos -1817kj/〖min 〗⁡〖en kj/h〗

Entonces decimos que (-1817kj)/min*(60 min)/(1 h)=-109020kj/h

Qf=-109020kj/h

w=115500kj/h-109020kj/h= 6480 kj/h

Entonces decimos que

W=6480 kj/h

Un aceite tiene una capacidad calorífica de 1.3 kcal/ (kg.K), se alimenta a un intercambiador a razón de 133 kg/h y 80 ºC para ser enfriado hasta 48 ºC. Para esto se utiliza agua que e encentra a 23 ºC y sale a 79 ºC. La capacidad calorífica del agua es de 1.0 kcal/ (kg.K). el agua requerida para este proceso de enfriamiento, en kg/h, es:

Debemos aplicar la formula Q ̇= m ̇cp(T2-T1) para hallar Q ̇L

Recopilación de datos

m ̇=133kg/h

cp=1,3 kcal/(Kg.K)

〖T1〗_L=80°c convertimos a kelvin 〖T1〗_L=80+273,15=353,15

〖T2〗_L=53°c convertimos a kelvin 〖T2〗_L=48+273,15=321,15

Reemplazamos en la formula

Q ̇_L= 133kg/h*1,3 kcal/((kg*K))*(321,15K-353,15K)=-5.532,8kcal/h, esto se da al cancelar términos semejantes.

Q ̇_L=-5.532,8kcal/h

Debemos aplicar la formula (-Q) ̇= m ̇cp(T2-T1) para hallar el H_(2 ) O requerida para este proceso, en kg/h, o sea m ̇ del H_(2 ) O

Datos preliminares

Q ̇_L=(-Q) ̇_H2O, donde Q ̇_L=-5.532,8kcal/hentonces Q ̇_H2O=5.532,8kcal/h

〖cp〗_H2O=1.0kcal/(Kg.K)

〖T1〗_H2O=23°c convertimos a kelvin 〖T1〗_H2O=23+273,15=296,15

〖T2〗_H2O=79°c convertimos a kelvin 〖T2〗_H2O=79+273,15=352,15

Entonces lo que debemos hallar es (m ̇_H2O ) ̇ la formula nos queda así:

-m ̇H_2 O= (-Q ̇H_2 O)/(〖cp〗_H2O*(〖T2〗_H2O-〖T1〗_(H2O)) )

Reemplazamos en la formula

-m ̇H_2 O= (5.532,8 kcal/h)/(1 kcal/((kg*K))*(352,15k-296,15k))=98,8kg/h, esto se da al cancelar términos semejantes.

Entonces la respuesta final es -m ̇H_2 O=98,8kg/h

Un gas a 27 ºC y 133 kPa fluye a 89 m/s a través de un área de 0.08 m2. La masa molar de este gas es 28.8 g/mol. El flujo másico de este gas, en kg/min, es:

Asumiendo que es un gas ideal:

Donde M es la masa molar y W será la masa

Como el numero de moles está en función del tiempo el flujo másico es igual a: Mn=W

. Un pistón contiene 15 moles de un gas a 153 kPa el cual se expande isotérmicamente hasta que la presión final llega a 123.2 kPa. El cambio de entropía que ha sufrido este gas, en J/K, es:

Tenemos los siguientes datos:

P_1=153 kPa

P_2=123,2 kPa

n=15 mol

Debemos aplicar la formula

∆S=-nRln(V_2/V_1 )⇒Rln(P_2/P_1 )

Reemplazamos:

S=(-15mol*8,314 J/(mol.K))ln(123,2/153)

Resolvemos

∆S=(-15mol*8,314 J/(mol.K))ln(0.805)

∆S=(-124.71 J/K)ln(0.805)

∆S=27.015J/K

El cambio Entropico es de 27.015 J/K

En un ciclo, el calor que recibe de una fuente de temperatura alta es 1238.1 kcal y el calor que cede a una fuente de temperatura mejor es 780 kcal. La eficiencia de este ciclo es

Debemos aplicar la formula:

n=W/Q_c

Para ello debemos hallar primero W, para lo cual utilizamos la siguiente fórmula:

W=Q_c-Q_f

Reemplazamos:

W=1238,1kcal-780kcal=458,1Kcal

Luego aplicamos:

n=W/Q_c

Nuevamente reemplazamos:

n=W/Q_c =458.1/1238.1=0.37 n=0,37

3. RESUMEN DE FÓRMULAS PRINCIPALES

Juan Gabriel Sastoque Orjuela

UNIDAD 2: SEGUNDA LEY Y APLICACIONES DE LA TERMIDINÁMICA

CAPITULO 4 SEGUNDA LEY DE TERMIDINAMICA

LECCÍÓN 16: Aplicación de la primera ley en gases ideales

W=-Q=-n.R.T In V_2/V_1

∆H=∆U+∆(P.V)=0

dP/P+γdV/V=0

LECCIÓN 17: Segunda ley de la termodinámica

η=1- Q_f/Q_c

LECCIÓN 18: Segunda ley de la termodinámica (CONTINUACIÓN)

Q_1+Q_2=-W

N= (Q_1-Q_2)/Q_1 =(T_1-T_2)/T_1

LECCIÓN 19: Entropía

〖δQ〗_R/T=dS

S_(2(V_2,P_2))-S_(1(V_1,P_1))=C_P.Ln(V_2/V_1 )+C_V.Ln(P_2/P_1 )

LECCIÓN 20: Entropía (CONTINUACIÓN)

〖∆S〗_(gas= ∫_(V_1)^(V_2)▒〖(n.R.T.)/(T.V.).Dv=n.R ∫_(V_1)^(V_2)▒〖dV/V=n.R.Ln(V_2/V_1 )>0〗〗)

CAPÍTULO 5 CICLOS TERMODINÁMICOS

LECCIÓN 21: La máquina de vapor Ciclo de Rankine

η= (H_e-H_f+V(P_1-P_2 ))/(H_e-H_a+V(P_1-P_2 ) )

X_F=(S_e-S_a)/(S_k-S_a )

LECCIÓN 22: Motores de cuatro tiempos .Ciclo de Otto

η=1- T_1/T_2 =1-(V_2/V_1 )^(γ-1)=1-1/(r_C^(γ-1) )

LECCION23: Motores de Ignición por comprensión .Ciclo Diesel

η=1- 1/(r_C^(γ-1) ) .(r_0^(γ-1)-1)/(γ_(r_0 )-1)

Lección 24: Ciclo Brayton

η=1- 1/(r_p^((γ-1)/γ) )

LECCIÓN 25: Máquinas Frigoríficas

η= Q_2/W=T_2/(T_1+T_2 )

CAPÍTULO 6: APLICACIONES DE LA TERMODINÁMICA

LECCIÓN 26: Análisis Dimensional: Aparecen tablas con el Sistema Internacional de Unidades.

LECCIÓN 27: Aplicación de las leyes de la termodinámica a procesos de flujo continuo.

m_A^.(h_1-h_2 )=m_B^.(h_2-h_1)

LECCIÓN 28: Aplicaciones de la termodinámica a procesos de flujo estable

ρ_1 █(⟶@V)_1 A_1=ρ_2 █(⟶@V)_2 A_2

LECCIÓN 29: Aplicación de las leyes de la termodinámica a procesos de flujo estable (continuación)

υ(P_2-P_1 )+(█(⟶@V)_2^2-█(⟶@V)_1^2)/2+g(Ζ_2-Ζ_1)

LECCIÓN 30: Aplicación de las leyes de la termodinámica a procesos de flujo transitorio

μ_2=h_i

du+pdv=Tds

Bercelio Morales Vargas

Capitulo 4: SEGUNDALEY DE LATERMODINAMICA

Lección 16: primera ley en gases ideales

U=f (T)

U₂ -U₁=T₁T₂Cᵥ·dT

H₂ ̶H₁=T₁T₂Cp·dT

W=-Q=-n·R·TInv₂v₁

∆H=∆U+∆ (P.V)=0+∆ (n.R.T)=0

∆H=∆U+∆ (P·V)=0

n.CᵥdTn.R.TT.dV

δW =dU=n.Cᵥ.dT

Wadiabatico=U₂-U₁=n.Cᵥ (T₂-T₁)

n.Cᵥ.dT=-P.dV

n.CᵥdT=-n.R.TV.dV

CᵥR.dTT=-dVV

T₁V₁1=T₂V₂1=constante

P.V=Cte, o sea P₁V₁=P₂V₂

dPP+dVV=0

Lección 17: segunda ley de la termodinámica

n=WQc

W=Qc-Qf

n=Qc-QfQc⟹n=1-QfQc

Q₁+Q₂=-W

n=WQ₁

n=WQ₁=Q₁-Q₂Q₁

n=T₁.Ln(V₂/V₁)-T₂.Ln(V₃/V₄)T₁.Ln(V₂/V₁)

V₂V₁=V₃V₄

n=Q₁-Q₂Q₁=T₁-T₂T₁

Q₁+W=Q₂

n=Q₁Q₂-Q₁=T₁T₂-T₁

COP=QfWs

Lección 19: entropía

₁₂δQRT=S₂-S₁

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