Lic en Ciencia y Tecnología de los Alimentos Universidad Nacional de Lanús Fisicoquímica 1º Cuatrimestre

Práctica 3: Segundo principio 1. 3 kg de vapor saturado a una presión de 10 ata, se hallan encerrados en un recipiente de paredes rígidas diatérmicas, rodeado de una enorme masa de agua en ebullición a P= 1 ata que se encuentra en un recipiente adiabático y rígido. Calcular para el estado de equilibrio térmico a) título final, b) Q cedido entre ambos fluidos, c) evolución en un T – s d) Sg 2. Dentro de un cilindro adiabático cerrado por un pistón también adiabático que ejerce una presión constante de 9 ata abierto a la atmósfera, se encuentra una masa de 5 kg de vapor de agua con x = 0,5. Por medio de una hélice se entrega energía al vapor hasta que su temperatura se eleva a 300ºC. determinar a) L hélice b) Sg c) evolución en T – s 3. Un alimento de m = 2kg (c = 0,76 kcal/ kg K) a 2ºC se calienta hasta 60ºC. a) con una fuente de 150ºC b) con un calefactor eléctrico, cuya temperatura varía de 80 a 150ºC, siendo su capacidad calorífica de 10 kcal/ºC. Calcular la entropía generada en c/caso. 4. Una máquina de potencia irreversible opera entre dos fuentes a T1 = 900K y T2 = 300K entregando un L a una masa m = 10 kg de agua con x = 0,7 encerrado en un cilindro pistón adiabáticos a P = 1000 kPa, en equilibrio mecánico con el exterior. Si la máquina térmica posee un rendimiento del 0,70 respecto a la reversible que operaría entre ambas mismas fuentes. Si la temperatura final del agua es de 280ºC. Determinar ηtérmico y Sg 5. Se pretende que un acondicionador de aire extraiga 100 cal/min. de una habitación que se desea mantener a 20ºC. El medio exterior de la habitación se halla a 40ºC ¿ cuál es la mínima potencia que consumirá el compresor para lograr el fin deseado? Y ¿Cuál será el efecto frigorífico para dicho caso? 6. Una central termonuclear consiste en una máquina térmica que funciona entre las temperaturas del reactor y la del ambiente, generalmente representada por el río. La central genera 750000 kW para lo cual el reactor opera a 300 oC y el río se encuentra a 21 oC. (a) Esquematice dicha central mediante un diagrama de bloques (b) El máximo rendimiento posible de la central. (c) Calor entregado al río. (d) Plantear el balance de entropía para la máquina, las fuentes y el total (e) Sacar conclusiones (f) Si el rendimiento real es del 60% del ideal, ¿ Cuánto calor se le entrega al río? (g) Plantear el balance de entropía para la máquina, las fuentes y el total (h) Sacar conclusiones. 7. Se tiene una masa m = 100 kg de agua a t = 10ºC y 100 kPa, se desea llevar a t = -12,2 ºC extrayéndole calor a través de la alternativa a) una fuente térmica a – 15ºC b) dos fuentes térmicas una a t = -5ºC y otra a t = -15ºC c) tres fuentes térmicas a t = -5ºC; t = 0 ºC

1 ata agua en ebullición

3kg de agua 10 ata

T1 = 900K

T2 = 300K

10 kg x=0,7 10 ata

Lic en Ciencia y Tecnología de los Alimentos Universidad Nacional de Lanús Fisicoquímica 1º Cuatrimestre

y t = -15ºC Si C agua = 1 kcal / ºC kg ; C hielo = 0,5 kcal / ºC kg y el calor latente de fusión = - 80 kcal / kg. Determinar Sg en cada alternativa y sacar conclusiones. 8. .La temperatura de una heladera doméstica es de 0 oC y la del ambiente donde está instalada de 25 oC. El calor que penetra desde el ambiente hacia la heladera es de 8 M J cada 24 hs (suficiente para fundir 25 kg de hielo) y es la cantidad de calor debe extraerse para mantener la heladera en un nivel de temperatura de 0 oC. Si se dispone de una máquina frigorífica reversible que funciona entre 0 oC y 25 oC; Calcular (a) Esquematice dicha heladera mediante un diagrama de bloques (b) La potencia mecánica que se requeriría para su funcionamiento. (c) Coeficiente de efecto frigorífico. (Calor de fusión del hielo = 80 kcal / kg) (d) Plantear el balance de entropía (e) Sacar conclusiones. 9. Se tiene una tubería de aire comprimido a la temperatura ambiente de 20ºC y 10 bar. Se expanden 0,3 m3/ s de aire, que se introduce en una turbina, en la que el escape está abierto a la atmósfera; la temperatura de salida del aire es de – 44ºC. La turbina recibe 12 kW de calor del exterior. Se pide a) Potencia de la turbina b)Sg. 10. Se tiene una cuchara 10 g y c = 0,2 cal /g K se necesita enfriarla desde una temperatura inicial de 100 oC hasta una temperatura final de 15 OC. Para ello se proponen tres mecanismos alternativos, pretendiéndose utilizar el menos irreversible de ellos (a) Ponerla en contacto con agua de un enorme piletón, a 15 OC. (b) Ponerla primero en un piletón enorme con agua a 80 oC una vez alcanzado el equilibrio térmico, retirarla de allí y tirarla, en otro enorme a 15 oC.(c) Hacer lo mismo que en (b) pero con tres enormes piletones a 80 oC, 50 oC y 15oC. Sacar conclusiones.