2015 Guia p3 Cengel 2ª Ley de La Termod y Ent

8/18/2019 2015 Guia p3 Cengel 2ª Ley de La Termod y Ent

1/21

SOLUCIONARIO DE PROBLEMAS DE LA SEGUNDA LEY DE LA

TERMODINAMICA Y DE ENTROPIA


2/21


3/21


4/21

3 ) Un ciclo Otto ideal con aire tomado de la atmósfera comofluido de trabajo, tiene una relación de compresión de 8.Las temperaturas mínima y máxima en el ciclo son 31 ! y1" !. #etermine$

a% La cantidad de calor transferido al aire durante elproceso de adición de calor.b% La eficiencia t&rmica.c% La presión media efecti'a y la cilindrada.


5/21

4 ) Un ciclo de aire, se ejecuta en un sistema cerrado y secompone de los si(uientes ) procesos$

1*+ ompresión isoentrópica de 1 - a y +/0 a 1 pa+*3 2dición de calor a tte en la cantidad de +8)!j4-(.3*) 5ec6a7o de calor a cte 6asta 1 - a)*1 5ec6a7o de calor a cte 6asta el estado inicial

a% uestre el ciclo en dia(ramas *' y 9*sb% alcule la temperatura máxima en el cicloc% #etermine la eficiencia t&rmica.


6/21


7/21


8/21


9/21

5.


10/21

6.

7.


11/21

8.


12/21

9.


13/21

10.

11.


14/21

CENGEL 5-22

Una planta de potencia de vapor recibe calor de un horno a una razónde 280 GJ/h. Pérdidas de calor al aire de los alrededores del vaporconforme pasa a través de tuber as ! otros componentes se estimaen alrededor de 8 GJ/h. "i el calor de desecho es transferido al a#uade enfriamiento a una razón de $%& G'J/h( determine) a* la potencia

neta de salida ! b* la eficiencia térmica de esta planta de potencia


15/21

Solución .

CENGEL 5-25

Un automóvil consume combustible a una razón de 20 lt/hr ! libera+0 ,- de potencia en las ruedas. "i el combustible tiene una valor decalentamiento de %%(000 ,J/,# ! una densidad de 0.8 #r/cm (determine la eficiencia la la m uina.

Solución.

CENGEL No. 5-35

Un carro eléctrico de +0 1p es movido por un motor eléctricomontado en el compartimiento de la m uina. "i el motor tiene unaeficiencia promedio de 88 por ciento( determine la razón de calorliberado por el motor al compartimiento a car#a m ima.

Solución.


16/21

CENGEL 5.52

Un refri#erador ho#are3o con 45P de $.8 remueve calor del espaciorefri#erado a una razón de 60 ,J/min. 7etermine a* la potenciaeléctrica consumida por el refri#erador b* la razón de calortransferido a la cocina.

Solución.

CENGEL 5-83

Una m uina de 4arnot opera entre una fuente de $000 9: ! unsumidero a 009:. "i el calor de la m uina es suplido a razón de800 ,J/min( determine a* la eficiencia térmica( b* la potencia desalida de esta m uina térmica

Solución.


17/21

CENGEL 5-98

Un refri#erador remueve calor de un espacio fr o a una razón de 00,J/min para mantener la temperatura a ;894. "i el aire de losalrededores est a 2&94( determine la potencia m nima de entradare uerida para este refri#erador.

Solución.

CENGEL 5-107


18/21

Supongamos un ciclo Otto ideal con una relación de compresión de 8. Alinicio de la fase de compresión, el aire está a 100 kPa y 17 !. "n lacom#ustión se a$aden 800 k%&kg de calor. 'amos a determinar latemperatura y la presión má(imas )ue se producen en el ciclo, la salidade tra#a*o neto y el rendimiento de este motor.

6.1 Temperatura máxima

"l aire contenido en el motor se calienta en dos fases+ durante lacompresión y como consecuencia de la ignición.

"n la compresión, o#tenemos la temperatura final aplicando la ley dePoisson

Sustituyendo los alores num-ricos

"l segundo incremento de temperatura se produce como resultado de lacom#ustión de la gasolina. e acuerdo con los datos, la cesión de calores de 800 k% por kg de aire, esto es, es un dato relati o. O#tenemos elincremento de temperatura como


19/21

siendo

el peso molecular medio del aire. espe*ando y sustituyendo

'emos )ue en la com#ustión la temperatura crece el triple )ue en lacompresión.

6.2 Presión máxima

/a presión tam#i-n se incrementa en dos fases, pero para allar lapresión má(ima no necesitamos calcular los incrementos por separado.

os #asta con allar la presión en el punto ! y esto lo podemos aceraplicando la ley de los gases ideales

"l olumen en ! es el mismo )ue en 2 y este lo sacamos del olumen Amediante la ra3ón de compresión

Aplicando de nue o la ley de los gases ideales o#tenemos finalmente

4anto en el cálculo de la temperatura como en el de la presión má(imaemos usado la apro(imación de )ue la capacidad calor5fica molar del

aire es la misma a todas las temperaturas. 6n cálculo preciso re)uiereusar las ta#las emp5ricas de ariación de c V con T y los resultadoscorrectos pueden diferir en torno a un 10 .

6.3 Rendimiento

"l rendimiento de un ciclo Otto ideal con una ra3ón de compresión de 8es


20/21

!uando se tiene en cuenta )ue la capacidad calor5fica ar5a con latemperatura, resulta un alor inferior para el rendimiento, en torno al

9 .

6.4 Trabajo neto

"l tra#a*o neto :por unidad de masa; lo podemos o#tener conocidos elcalor )ue entra y el rendimiento del ciclo

o o#stante, podemos desglosar el cálculo, allando cuánto cuestacomprimir el aire, y cuanto tra#a*o de uel e el gas en la e(pansión.

"l tra#a*o de compresión por unidad de masa es

y el de uelto en la e(pansión

/a temperatura en el punto no la conocemos, pero la podemoscalcular sa#iendo )ue los puntos ! y están unidos por una adia#ática

y resulta un tra#a*o de e(pansión

"l tra#a*o neto, igual al )ue desarrolla el gas, menos lo )ue cuestacomprimirlo es


21/21

Documents

2015 Guia p3 Cengel 2ª Ley de La Termod y Ent