TRABAJO COLABORATIVO DOS

TERMODINAMICA

GRUPO No. GRUPO: 201015_225

TRABAJO PRESENTADO A:ANA ILVIA CAPERA

ARIADNA PATRICIA PUENTES

C.C. 28948996

JIMMY RAUL DELGADO LEYVA

CC. 7691929

CRHISTIAN ANDRES BERMEO DIAZ

CC. 7722470

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

NOVIEMBRE 25 DE 2013

CONTENIDO

PáginaINTRODUCCIÓN.....................................................................................................3

1. OBJETIVOS.........................................................................................................4

1.1 Objetivo General.............................................................................................4

1.2 Objetivos Específicos.....................................................................................4

2. CINCO SISTEMAS TERMODINÁMICOS REALES DE SU HOGAR O EMPRESA EN DONDE TRABAJA...........................................................................5

3. CONSUMO DE GASOLINA, GAS O DIESEL DE UN AUTOMÓVIL, POR KILOMETRO RECORRIDO.....................................................................................9

4. PARA UNA NEVERA REAL...............................................................................11

CONCLUSIONES...................................................................................................15

BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................16

INTRODUCCIÓN

.

En el siguiente trabajo colaborativo 2 se desarrollarán los capítulos

correspondientes a la unidad dos, la cual abarca, Trabajo, Segunda ley de la

termodinámica. Con el fin de comprender todos los temas antes mencionados y

que hacen parte de la Unidad los estudiantes de la UNAD universidad nacional

abierta y a distancia, elaboráramos unos ejercicios propuestos por el tutor para

que los estudiantes reconocieran y aprendieran de lo que se trata la

termodinámica y que en forma de ejemplos y ejercicios podamos fortalecer

nuestros conocimientos y que además ver que la termodinámica es utilizada en la

cotidianidad y que por no poseer los conocimientos no se reconoce. La

termodinámica es una rama de la física.

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1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Indagar la temática de la Unidad 2 del módulo de Termodinámica con el fin de

adquirir los conocimientos necesarios que nos permita resolver los diferentes

problemas de aplicación de los conocimiento adquiridos.

1.2 Objetivos Específicos

• Conocer los principales conceptos de termodinámica de la unidad dos.

• Resolver los problemas que se nos plantan en la guía de actividades.

• Trabajar en grupo

4

CINCO SISTEMAS TERMODINÁMICOS REALES DE SU HOGAR O EMPRESA EN DONDE TRABAJA

Ejemplo 1: Una sandwichera750W : ahora lo convertimos en Kw , con el fin de expresar el consumo en Kwh . Así mismo con el resto de electrodomésticos:

750W= 1kW1000W

=0,75 kW

Ahora calculamos el tiempo de uso por día: 10 minutos, luego lo convertimos en hora:

10Min= 1hora60minutos

=0,16h

Durante este tiempo y la cantidad de kw, tenemos que:

Consumo energeticodia=0,75kw×0,16h=0,125kWh

La entropía la expresamos como la energía consumida durante el tiempo que duro el calentamiento y la temperatura en K: teniendo en cuenta en cuenta que la sandwichera se encontraba a temperatura ambiental de 20°C y se calentó hasta 120°C.

1Wh=1 js×3600 s=3600 j

0,125×3600 s1h

=450 j

5

∆T=120oC−20C=1000C

∆T=373,15K

∆ S= Q∆T

= 450 j373,15K

=1,2 JK

Ejemplo 2: un televisor 95W

95W= 1KW1000W

=0,095KW

Calculamos el tiempo de uso por día: 10Horas

Durante este tiempo y la cantidad de Kw, tenemos que:

Consumo deenergia dia=0,095kw×10h=0,095kWh

La entropía la expresamos como la energía durante el tiempo que duro el calentamiento y la temperatura en K: teniendo en cuenta que el televisor se encontraba a temperatura ambiente de 20°C y se calentó hasta 40°C.

1Wh=1 jS

×3600 s=3600 j

0,95×3600 s1h

=3420 j

∆T=40oC−20oC=20oC

∆T=293,15K

AS= Q∆T

= 3 420J293,15K

=11,66 JK

Ejemplo 3: una licuadora 500W

500W= 1kW1000W

=0,5 kW

6

Ahora calculamos el tiempo de uso por día: 5 minutos, lo convertimos a horas:

5Min= 1h60Min

=0,083h

Ahora durante este tiempo y la cantidad de Kw, tenemos que:

Consumo energeticodia=0,5kW ×0,083h=0,041kWh

La entropía la expresamos como la energía consumida durante el tiempo que duró el calentamiento y la temperatura en K: teniendo en cuenta que la licuadora se encontraba a temperatura ambiente de 20°C y se calentó hasta 40°C.

1Wh=1 jS

×3600 s=3600 j

0,041×3600 s1h

=147,6 j

∆T=40OC−20OC=20OC

∆T=293,15K

∆ S= Q∆T

= 147,6 j293,15K

=0,5 JK

Ejemplo 4: Cuanta energía eléctrica consume una lámpara que demora encendida 12 horas del día, conectada a una red eléctrica que circula a 7,9 Amperios y la Tensión es de 110 V.

Calculamos la potencia:

Potencia=voltaje×corriente=110×7,9 A

¿869Watts=0,869kW

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Para hallar el consumo de energía de la lámpara durante las 12 horas:

Consumo=0,869×12=10,428kW

La entropía la expresamos como la energía consumida durante el tiempo que duró el calentamiento y la temperatura en K: teniendo en cuenta que la lámpara se encontraba a temperatura ambiente de 20°C y se calentó hasta 320°C.

1Wh=1 jS

×3600 s=3600 j

10,428×3600 s1h

=37540,8 j

∆T=320OC−20OC=300OC

∆T=573,15K

∆ S= Q∆T

=37540,8J573,15K

=65,49 JK

Ejemplo 5: un Horno tostador 850W:

850W= 1kW1000W

=0,85kW

Ahora calculamos el tiempo de uso por día: 15 minutos, lo convertimos a horas:

15Min= 1hora60min

=0,25h

Ahora durante este tiempo y la cantidad de Kw, tenemos que:

Consumo energeticodia=0,85kW ×0,25h=0,21kWh

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La entropía la expresamos como la energía consumida durante el tiempo que duró el calentamiento y la temperatura en K: teniendo en cuenta que el horno se encontraba a temperatura ambiente de 20°C y se calentó hasta 210°C.

1Wh=1 jS

×3600 s=3600 j

0,21×3600 s1h

=756 j

∆T=210OC−20OC=190OC

∆T=463,15K

∆ S= Q∆T

= 756 J463,15K

=1,63JK

3. CONSUMO DE GASOLINA, GAS O DIESEL DE UN AUTOMÓVIL, POR KILOMETRO RECORRIDO

Consumo de gasolina, gas o diésel de un vehículo, por kilómetro recorrido (indique su modelo, marca y cilindraje del motor) y ciclos termodinámicos que se están dando al interior de este vehículo.

Recuerde utilizar el editor de fórmulas que trae incorporado Word (haga doble clic

en la fórmula): x2

ln (2 )∫ x2

CONSUMO DE GASOLINA, GAS O DIESEL DE UN AUTOMÓVIL, POR KILOMETRO RECORRIDO

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Consumo de gasolina del Mazda 6 de 2.5 V, 4 puertas y de 170 CV, consume 1 galón (3.785412 litros) por cada 33 kilómetros recorridos.

C=V∗(1+α∗(20℃−Tk ) )

s∗10

Donde:

C = Consumo de combustible (L/Km)

V = Volumen de combustible consumido (L)

α = Coeficiente de la distribución del combustible ( 9.6 X 10−4

℃ )T k = Temperatura de carburante (℃)

s = Distancia recorrida (Km)

Supon iendo que la tempera tu ra de la gaso l ina en e l t anque

permanece a 40 , e l consumo de un automóvil Mazda 6 de 2.5 V, 4 puertas y

de 170 CV es:

C = 3.785412L∗(1+ 9.6 X 10

−4

℃∗(20℃−40℃))

33Km * 100

C = 11.25LKm

Determine los ciclos que se están dando al interior de un vehículo

Se utilizan motores de ciclo de Otto los cuales realizan la transformación de

energía calorífica en mecánica fácilmente utilizable en cuatro fases, durante las

cuales un pistón que se desplaza en el interior de un cilindro efectúa cuatro

desplazamientos o carreras alternativas y, gracias a un sistema biela-manivela,

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transforma el movimiento lineal del pistón en movimiento de rotación del árbol

cigüeñal, realizando éste dos vueltas completas en cada ciclo de funcionamiento.

1. Admisión (Isobara) Se supone que la circulación de los gases desde la

atmosfera al interior del cilindro se realiza sin rozamiento, por lo que no hay

perdida de carga t por lo tanto la presión en el interior del cilindro durante toda

esta carrera se mantiene constate e igual a la atmósfera.

2. Compresión (Adiabática) Se supone que como realiza muy rápidamente, el

flujo operante no intercambia calor con el medio exterior por lo que la

transformación puede ser considerada a calor constante.

3. Combustión (Isocora) Se supone que salta la chipa y se produce una

combustión instantánea del combustible, produciendo una cantidad de calor Q1, al

ser tan rápida se puede suponer que el pistón no se ha desplazado, por lo que el

volumen de la transformación se mantiene constante.

4. Trabajo (Adiabática) Se supone que debido a la rapidez del giro del motor los

gases quemados no tienen tiempo para intercambiar calor con el medio exterior,

por lo que se puede considerar que sufre una transformación de calor constante.

Primera fase del escape (Isocora) Se supone que una apertura instantánea de la

válvula se escapa, lo que genera una salida tan súbita de gases del interior del

cilindro y una pérdida de calor Q2 que se permite considerar una transformación a

volumen constaten.

Segunda fase del escape (Isobara) El pistón al desplazarse hacia al PMS

provoca la expulsión de gases raramente en el interior del cilindro y se supone que

los gases quemados no sufren resistencia alguna para salir a la atmósfera, por lo

que la presión en el interior del cilindro se mantiene constante e igual a la

atmósfera.

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4. PARA UNA NEVERA REAL

Para una nevera real, indique tipo de nevera (convencional o no frots), su ciclo termodinámico que se está dando en su interior, la eficiencia de su ciclo termodinámico (con base a las temperaturas), y el consumo de energía y de potencia.

Recuerde utilizar el editor de fórmulas que trae incorporado Word (haga doble clic

en la fórmula): x2

ln (2 )∫ x2

R: El tipo de nevera que usamos como referencia es Centrales Clase T, 304 litros.

El ciclo termodinámico que se está llevando a cabo en esta nevera, es ciclo

Carnot. Su ciclo de refrigeración es Ideal de Refrigeración por Compresión de

Vapor. Y este ciclo experimenta los siguientes procesos:

. Proceso 1-2: Compresión isotrópica (entropía constante) en un compresor.

. Proceso 2-3: Rechazo de calor a presión constante en el condensador.

. Proceso 3-4: Estrangulamiento en un dispositivo de expansión.

. Proceso 4-1: Absorción de calor a presión constante en el evaporador.

. Procedemos a calcular la eficiencia. Ésta se define como el cociente entre el

valor entre el calor extraído del foco frío y el trabajo consumido en este proceso.

ξ = Q2

W

La nevera al realizar un ciclo reversible, cumple con la siguiente relación:

∆ s=Q 2

T 1=

Q2

T2

Estas expresiones nos permiten expresar la eficiencia en función de las

temperaturas de los focos (al tratarse de un ciclo de Carnot):

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ξ=Q2

W=

Q2

Q1−Q2

=∆s∗T 2

∆ s∗T 1−¿∆s∗T2=

T 2T1−T2

¿

Donde;

T2= Temperatura del foco frio.

T1= Temperatura del ambiente exterior.

ξ = Eficiencia

Entonces, en nuestro caso nuestra temperatura del foco frío de la nevera es de0°C

(273 K), y la temperatura del ambiente exterior es 25 °C (298 K). Con esto

podemos hallar la eficiencia de la nevera:

ξ= 273K(298−273 )K

ξ=10.92

No es posible un método matemático para determinar la potencia de una nevera

como conjunto, solo existe la potencia requerida para cierto tipo de procesos como

por ejemplo, el enfriamiento del agua. Sin embargo, los fabricantes de neveras,

proporcionan una potencia nominal, que es la potencia máxima que tiene el motor

para suplir todos los procesos necesarios en el ciclo de la nevera, para nuestro

caso la potencia nominal es de 158 W. Esta potencia es determinada por método

experimental.

Ejemplo: Potencia requerida para congelar 10 Kg de agua. Partiendo desde 0°C y

teniendo una temperatura ambiente de 25 °C.

Datos:

Cc= 80 Kcal/Kg, donde Cc es la capacidad calorífica del agua.

1Kcal= 4.18 KJ

Calculamos el calor necesario para congelar los 10 Kg de agua.

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Q2=m∗Cc=10Kg∗80 Kcal

Kg=800 Kcal∗4.18KJ

Kcal

Q2=3344KJ

Teniendo en cuenta la eficiencia calculada anteriormente, el trabajo necesario será:

W=Qξ=3344KJ10.92

=306.23KJ

El tiempo en el que debe realizarse la congelación es de 1 hora, por lo tanto la potencia teórica será:

P=Wt

=306.23KJ3600 s

=0.0851KWo85.1W

Finalmente, calculamos el consumo de energía de la nevera; el costo del Kwh en

la ciudad de Valledupar para estrato 2 es de $388.73. Se hace la suposición que la

nevera se tiene trabajando las 24 horas del día y la potencia a su máximo

rendimiento y de manera constante, es decir, 158 W; de esta manera podemos

determinar el costo del consumo de energía:

Sconsumo=potencia∗t∗( 1kw1000W )( 388.73Kw∗h )

Sconsumo=158W∗24h( 1Kw1000W )( $388.73Kw∗h )

Sconsumo=$1474

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CONCLUSIONES

Los procesos que rigen los ciclos termodinámicos son de gran importancia, ya

que de estos dependen la mayoría de las actividades industriales, como el

transporte, las comodidades del hogar y el trabajo con diferentes y útiles

electrodomésticos y maquinas.

El análisis exhaustivo de cada procedimiento de solución a los ejercicios

planteados en la guía de actividades, contribuye al correcto desarrollo de cada uno

de los temas revisados.

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BIBLIOGRAFÍA

Munera tangarife, Rubén D. (2009) Termodinámica. Bogotá D.C.

http://apuntescientificos.org/segunda-ley-ibq.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Segundo_principio_de_la_termodin%C3%A1mica

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/seclaw.html

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