Tema Nro. 4 2º Ley de la Termodinámica

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1 PET 206 P1 TERMODINAMICA Tma Nro. 4 2º Ly d a Trmodinámica Ing. Ocar Varga Antzana 1. TRODUCCIÓN La 2º Ly d a Trmodinámica: baa n principio d a conrvación d a nrgía, utiiza para abr o prdcir a dircción y xtnión d a nrgía n un dtrminado proco. E caor tranfir d forma pontána o n proco d forma qu impr tin una dircción. 2. MÁUINA TERMICA E un dipoitivo qu rcib caor, darroa trabajo y opra n un cico mcánico. Figura qu mutra una máquina térmica n gnra y como jmpo una panta d nrgía a vapor. En prnt curo amarmo a a máquina térmica impmnt MT. Para cada uno d o dipoitivo trabajo nto raizado : W (1.1) nto Digo Arrdondo /12/2008-UAGRM

2 PET 206 P1 TERMODINAMICA Ing. Ocar Varga Antzana 2.1. EFICIENCIA µ En grafico rprnta a magnitud d a nrgía dprdiciada con fin d comptar cico. Pro nunca cro, por o qu trabajo ntot aida impr infrior a a cantidad d caor d ntrada. E dcir, qu oo una fracción d caor d ntrada trafrido a motor como trabajo. La fracción ntr trabajo nto y caor d ntrada una mdida d rutado d un motor térmico y ama ficincia térmica, para motor caint a aida dada a aida nta d trabajo y a ntrada rqurida a cantidad d caor uminitrado a o fuido d trabajo. Entonc rndiminto térmico d un motor pud xprar como: aida dada Wnto µ ntrada rqurida µ 1 (1.2) 2.2. PRICIPIO DE KELVIN PLANCK Et principio dic qu ninguna máquina térmica convirt todo caor qu rcib n trabajo úti. E nunciado dic: E impoib para cuaquir dipoitivo qu funcion n un cico d rcibir caor d un oo dpóito y producir una cantidad nta d trabajo (toda a nrgía convrtida n caor) E nunciado también xpra como: Ninguna máquina térmica pud tnr una ficincia d 100%, para qu una panta d nrgía funcion, fuido d trabajo db intrcambiar caor con ambint aí como con orno. 3. REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR E rfrigrador una máquina qu rquir trabajo para tranfrir caor d un curpo frío a otro caint y opra n cico. Figura qu mutra a rfrigrador (fig. Izquirda) y a a bomba d caor (fig. d a drca) Digo Arrdondo /12/2008-UAGRM

3 PET 206 P1 TERMODINAMICA Ing. Ocar Varga Antzana Rfrigrador Extra caor d un itma Bomba d caor Suminitra caor a una itma R aida dada ntrada rqurida W nto d ntrada R 1 1 (1.3) BC BC W nto d ntrada 1 (1.4) PRINCIPIO DE CLAUSIUS S xpra como: E impoib contruir un dipoitivo qu funcion n un cico y cuyo único fcto a producir a tranfrncia d caor d un curpo a otro curpo d tmpratura ma baja a un curpo d tmpratura má ata. Digo Arrdondo /12/2008-UAGRM

4 PET 206 P1 TERMODINAMICA Ing. Ocar Varga Antzana Horno Ejmpo 1. S tranfir caor a una máquina térmica dd un orno a una ración d 80MW. Si a ración d ibración d caor d dco a un río d 50MW. Dtrminar: Horno MT W nto d aida a. Saida d potncia nta n ntra a MW b. Eficincia térmica W 50 µ % W 80 Río 2. Un motor d un automóvi con una aida d potncia d 65Hp tin una ficincia térmica d 24%. Dtrmin a ración d conumo d combutib d t automóvi i combutib d t automóvi tin un vaor caorífico Btu bm, dcir 19000Btu d nrgía ibran por cada ibra d combutib qumado. Cámara d combutión Auto W nto d aida 65 µ 24% Hp Atmófra W W Btu µ nto d aida n µ Btu m Btu b bm Digo Arrdondo /12/2008-UAGRM

5 PET 206 P1 TERMODINAMICA Ing. Ocar Varga Antzana 3. Con una bomba d caor cubrn a ncidad d cafacción d una caa a mantnro a 20ºC. un día cuando a tmpratura d air xtrior diminuy a 2ºC tima qu a caa pird caor a una ración d kj, i n ta condicion a bomba d caor tin BC 2.5, dtrmin: a. La potncia conumida por a bomba d caor BC b. La ración a a cua xtra caor d air xtrior frío MW 4. Una cntra éctrica d vapor rcib caor d un orno a una taza d 280 KJ. Cuando vapor paa por tubo y otro componnt, a prdida d caor acia air circundant dd vapor timan arddor d 8 GJ. Si caor d dco tranfir a HO 2 d nfriaminto a una taza d 1145 GJ. Dtrmin: a. La aida d potncia nta. Gj M J * * MW GJ 35.3MW b. La ficincia térmica d ta panta. 127 GJ µ % 280 GJ Digo Arrdondo /12/2008-UAGRM

6 PET 206 P1 TERMODINAMICA Ing. Ocar Varga Antzana 5. Un rfrigrador domtico qu tin una ntrada d potncia d 450W y un coficint d opración d 0.5, nfriará a 8ºC 150 ata d crvza a d 0.5 cada una. Si a ata d crvza tá iniciamnt a 20ºC, dtrmin cuanto timpo tarda rfrigrador n nfriara. Para o cácuo a crvza pud conidrara como agua. R 2.5 n * 2.5*450W 1125 R n ρ V C T p 1ca cm g º C ( ) g *50*10 * 8 20 cm 4.18J ca * 2.5*10 J 1ca t 4.18 KJ Digo Arrdondo /12/2008-UAGRM

7 PET 206 P1 TERMODINAMICA Ing. Ocar Varga Antzana 6. Una cntra éctrica d vapor con una aida d potncia d 150MW conum carbón minra a una taa d 60 ton. Si podr caorífico d carbón minra d KJ Kg, dtrmin a ficincia goba d a cntra éctrica. 30% µ C n 150MW N P KJ Kg 150 µ CICLO DE POTENCIA. EL CICLO DE CARNOT H 1 2 Expanión iotérmica 2 3 Expanión adiabática 3 4 Comprión iotérmica 4 1 Comprión adiabática Digo Arrdondo /12/2008-UAGRM

8 PET 206 P1 TERMODINAMICA Ing. Ocar Varga Antzana Cico d Carnot 2 proco iotrmico 2 proco adiabático cico rvrib T T T MT : µ 1 1 T R: 1 1 T 1 1 T 1 1 BC : BC T 1 1 T Ejmpo 1. Una máquina térmica funciona ntr do dipoitivo qu ncuntran a 375K y 300K. Si coficint d opración d rfrigrador 20 vc vaor d a ficincia térmica. Dtrminar: r a. COR R 20µ T 300 µ 1 1 T 375 µ 0.2 R 4 b. La tmpratura d dpóito qu proporciona a nrgía a rfrigrador. T T R 4 T T 300 T T 240K Digo Arrdondo /12/2008-UAGRM