Act 10 Termodinamica
Páginas: 6 (1418 palabras)
Publicado: 12 de noviembre de 2012
ACT 10 TRABAJO COLABORATIVO 2 TERMODINAMICA
GILBERTO AVILA ORTIZ
Cód. 91183697
201015_77
TUTOR: VICTORIA GUTIERREZ
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD BARRANCABERMEJANOVIEMBRE 2012
El rendimiento de un motor es del 40% y al foco frío que se encuentra a 300 K le cede 20000 J. Calcula:
a)
Por definición, η = (Tc − Tf) / Tc = 1 − Tf / Tc, donde η representa el rendimiento, Tc la temperatura del foco caliente, y Tf ... obvio. Despejando Tc,
► Tc = Tf / (1 − η) = 300 K / (1 − 0.4) = 300 K / 0.6 = 500 K.
b)
También, η = (Qc − Qa) / Qc = 1− Qa / Qc, donde Qc es el calor cedido (por el foco calilente, evidentemente), y Qa es el calor absorbido (por el foco frío). Una idéntica manipulación de las literales arroja
► Qc = Qa / (1 − η) = 20 000 J / 0.6 = 33 333.333... J
c)
El calor cedido es igual al trabajo más el calor absorbido (conservación de la energía): Qc = W + Qa, de donde
► W = Qc − Qa ≈ 33 333 − 20 000 J ≈ 13 333 J.d)
dS = dQ / T
∫ dS = ∫ dQ / T.
Como la temperatura en cada foco es constante, S = ∫ dS = 1/T ∫ dQ = Q / T.
Para el foco caliente: se ceden 33 333 J aprox. de calor, a 500 K; por tanto, S = −33 333 J / 500 K = −66.666... J/K.
El foco frío absorbe (gana) 20 000 J, a 300 K; S = 20 000 J / 300 K = 66.666... J/K.
La entropía simplemente es transferida del foco caliente al frío; lo quegana uno, lo pierde el otro; por lo tanto, la entropía del universo, en este caso, no aumenta.
Problemas de la Segunda ley de la Termodinámica (ENTROPIA)
Problemas de principio de incremento de entropía
► Durante un proceso de adición de calor isotérmico de un ciclo de Carnot, se 900 kJ agregan al fluido de trabajo de una fuente que esta a 400 oC. Determine a) Cambiode entropía del fluido, b) Cambio de entropía de la fuente, c) Cambio de entropía total para todo el proceso.
Respuesta:
El proceso es reversible e isotérmico por lo que el cambio de entropía para un proceso a temperatura constante se determina así:
[pic]
La temperatura del proceso es de 400 oC en grados absolutos seria 400 + 273 = 673 K.
a) Cambio de entropía del fluido: elfluido recibe calor por lo tanto esta transferencia es positiva, entonces:
[pic]
b) Cambio de entropía de la fuente: la fuente cede calor por lo tanto la transferencia es negativa, entonces:
[pic]
c) Cambio de entropía total para todo el proceso: podemos considerar un sistema y sus alrededores como dos subsistemas de un sistema aislado, y el cambio de entropía de este durante unproceso resulta de la suma de los cambios de entropía del sistema y los alrededores, la cual es igual a la generación de entropía porque un sistema aislado no involucra transferencia de entropía. Es decir:
[pic]
Donde la igualdad se cumple para procesos reversibles y la desigualdad para procesos irreversibles. Mientras mas grande sea la entropía de un proceso mas irreversible es, ninguna entropíase genera en los proceso reversible, por lo tanto Sgenerada = 0. El cambio de entropía de un proceso (ΔStotal) puede ser negativo pero la entropía generada no. Lo dicho anteriormente puede resumirse así:
[pic]
Esta relación sirve como criterio decisivo si un proceso es reversible, irreversible o imposible.
Tomando en cuenta esto para el problema que nos ocupa tenemos que:
ΔStotal= Sistema + Salrrededores = ΔSfluido + ΔSfuente = (1,337 – 1,337)kJ/K = 0, esto implica que la Sgenerada = 0 lo cual concuerda con el enunciado del problema (proceso reversible).
► El refrigerante 134ª entra como mezcla saturada de liquido vapor a una presión de 160 kPa en el serpentín de un evaporador de un sistema de refrigeración. El refrigerante absorbe 180 kJ de calor del espacio...
GILBERTO AVILA ORTIZ
Cód. 91183697
201015_77
TUTOR: VICTORIA GUTIERREZ
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD BARRANCABERMEJANOVIEMBRE 2012
El rendimiento de un motor es del 40% y al foco frío que se encuentra a 300 K le cede 20000 J. Calcula:
a)
Por definición, η = (Tc − Tf) / Tc = 1 − Tf / Tc, donde η representa el rendimiento, Tc la temperatura del foco caliente, y Tf ... obvio. Despejando Tc,
► Tc = Tf / (1 − η) = 300 K / (1 − 0.4) = 300 K / 0.6 = 500 K.
b)
También, η = (Qc − Qa) / Qc = 1− Qa / Qc, donde Qc es el calor cedido (por el foco calilente, evidentemente), y Qa es el calor absorbido (por el foco frío). Una idéntica manipulación de las literales arroja
► Qc = Qa / (1 − η) = 20 000 J / 0.6 = 33 333.333... J
c)
El calor cedido es igual al trabajo más el calor absorbido (conservación de la energía): Qc = W + Qa, de donde
► W = Qc − Qa ≈ 33 333 − 20 000 J ≈ 13 333 J.d)
dS = dQ / T
∫ dS = ∫ dQ / T.
Como la temperatura en cada foco es constante, S = ∫ dS = 1/T ∫ dQ = Q / T.
Para el foco caliente: se ceden 33 333 J aprox. de calor, a 500 K; por tanto, S = −33 333 J / 500 K = −66.666... J/K.
El foco frío absorbe (gana) 20 000 J, a 300 K; S = 20 000 J / 300 K = 66.666... J/K.
La entropía simplemente es transferida del foco caliente al frío; lo quegana uno, lo pierde el otro; por lo tanto, la entropía del universo, en este caso, no aumenta.
Problemas de la Segunda ley de la Termodinámica (ENTROPIA)
Problemas de principio de incremento de entropía
► Durante un proceso de adición de calor isotérmico de un ciclo de Carnot, se 900 kJ agregan al fluido de trabajo de una fuente que esta a 400 oC. Determine a) Cambiode entropía del fluido, b) Cambio de entropía de la fuente, c) Cambio de entropía total para todo el proceso.
Respuesta:
El proceso es reversible e isotérmico por lo que el cambio de entropía para un proceso a temperatura constante se determina así:
[pic]
La temperatura del proceso es de 400 oC en grados absolutos seria 400 + 273 = 673 K.
a) Cambio de entropía del fluido: elfluido recibe calor por lo tanto esta transferencia es positiva, entonces:
[pic]
b) Cambio de entropía de la fuente: la fuente cede calor por lo tanto la transferencia es negativa, entonces:
[pic]
c) Cambio de entropía total para todo el proceso: podemos considerar un sistema y sus alrededores como dos subsistemas de un sistema aislado, y el cambio de entropía de este durante unproceso resulta de la suma de los cambios de entropía del sistema y los alrededores, la cual es igual a la generación de entropía porque un sistema aislado no involucra transferencia de entropía. Es decir:
[pic]
Donde la igualdad se cumple para procesos reversibles y la desigualdad para procesos irreversibles. Mientras mas grande sea la entropía de un proceso mas irreversible es, ninguna entropíase genera en los proceso reversible, por lo tanto Sgenerada = 0. El cambio de entropía de un proceso (ΔStotal) puede ser negativo pero la entropía generada no. Lo dicho anteriormente puede resumirse así:
[pic]
Esta relación sirve como criterio decisivo si un proceso es reversible, irreversible o imposible.
Tomando en cuenta esto para el problema que nos ocupa tenemos que:
ΔStotal= Sistema + Salrrededores = ΔSfluido + ΔSfuente = (1,337 – 1,337)kJ/K = 0, esto implica que la Sgenerada = 0 lo cual concuerda con el enunciado del problema (proceso reversible).
► El refrigerante 134ª entra como mezcla saturada de liquido vapor a una presión de 160 kPa en el serpentín de un evaporador de un sistema de refrigeración. El refrigerante absorbe 180 kJ de calor del espacio...
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