PROBLEMAS DE MÁQUINAS TÉRMICAS, REFRIGERADORES y
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- José Miguel Herrera Cabrera
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2 PROBLEMA 1 L tempertur del foco frío de un máquin térmic ersile con un rendimiento del 24% es 107 ºC, y en cd ciclo l máquin cede 100 kcl dicho foco frío. Cuál es el clor de cedido por el foco cliente? Cuál es l vrición de entropí del foco cliente en cd ciclo de funcionmiento? kcl Clor cedido por el foco cliente l máquin térmic Al clor cedido por el foco cliente l máquin térmic se le dee triuir signo negtivo, y que es clor que sle del foco cliente considerdo como sistem. Vrición de entropí del foco cliente en cd ciclo: kcl Al trtrse de máquin ersile, el umento de l entropí del foco frío tiene el mismo vlor que l disminución del foco cliente L entropí del foco cliente disminuye kcl
3 PROBLEMA 2 Considere los mismos focos frío y cliente del prolem nterior, pero est vez sin que se interpong ningun máquin térmic entre ellos. Cuál es l vrición de entropí de 2500 cd foco y del universo cundo se trnsfieren kcl del foco cliente l foco frío? Vrición de entropí del universo: Vrición de entropí del foco cliente ( 2500 /) kcl Ahor no existe máquin térmic lgun entre mos focos, sí que el foco frío recie directmente (2500/) kcl y esto increment su entropí: Vrición de entropí del foco frío ( 2500 /) 380 kcl kcl kcl Vése que hor el proceso es un trnsferenci de clor irersile: no se produce trjo y l vrición de entropí del universo es positiv. 3
4 PROBLEMA 3 Un máquin térmic funcionndo entre ls temperturs 500 y 300 tiene l curt prte del rendimiento máximo posile. El ciclo termodinámico de l máquin se repite 5 veces por segundo, y su potenci es de 20 k. Determinr el trjo producido en cd ciclo, cuánts kcl/hor vierte l foco frío y l vrición de entropí del universo Rendimiento: kj ciclo rjo en cd ciclo: ciclo & 20 s tciclo 0.20 ciclo Clor extrído del foco cliente en cd ciclo: ciclo Clor vertido l foco frío en cd ciclo: Vrición de entropí del universo en cd ciclo: + + (Máximo posile entre 500 y 300 ) ciclo kj 40 kj kj kj/ < 0 (sle del foco cliente) > 0 (entr l foco frío) 4
5 PROBLEMA 4 Un frigorífico doméstico que dee mntener el congeldor un tempertur de -18 ºC funcion con un COP igul l tercer prte del máximo posile. L potenci consumid es de 2 kw. Puede suponerse que el miente que lo rode está un tempertur fij de 20 ºC. ué energí se está extryendo del congeldor? COP Condensdor COP 1 COP Válvul Compresor Significdo: por cd unidd de energí portd, se extren 2.24 uniddes de energí del foco frío (el congeldor) & & Evpordor Energí extríd por unidd de tiempo: & 2 w & w Este es el recinto que hy que mntener l tempertur -18 ºC 5
6 PROBLEMA 5 Pr resolver el prolem de l clefcción de un edificio que tiene uns pérdids de 8 w, un inventor segur que h diseñdo un sistem de om de clor cpz de mntener un confortle tempertur de 22 ºC en invierno, extryendo energí de un lgo próximo cuys gus se encuentrn un tempertur de 2 ºC, todo ello gstndo sólo 0.5 w en el funcionmiento de l om de clor. Merece l pen cometer l fricción del invento? & & 8 w 0.5 w ε ε COP COP Energí cd segundo Máximo vlor de l eficienci pr un ciclo frigorífico usdo como om de clor entre 275 y 295 ε COP Válvul Este es el recinto que hy que mntener l tempertur 22 ºC Condensdor Compresor L eficienci que el inventor triuye su invento es myor que l máxim permitid por l segund ley, por lo tnto est om de clor no funcionrá con ls especificciones que leg el inventor. Evpordor 6
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