trabajo práctico nº 4

Termodinámica.
Segundo Principio de la Termodinámica y Entropía.
1- Una máquina térmica funciona entre dos fuentes una a 23 C y la otra a 223 C. ¿Cual es
el máximo rendimiento que puede tener dicha máquina?. Si el calor cedido por la
fuente caliente es de 1000 KJ. Calcule el trabajo y el calor cedido por la máquina a la
fuente fría.
2- El motor de un automóvil tiene una potencia máxima de 50 KW y un rendimiento
térmico del 25 %. Que relación de consumo de combustible tiene si el poder calorífico
del combustible es del 11000 Kcal/Kg.
3- Un ciclo de Carnot reversible correspondiente a una máquina térmica opera entre 50ºC y
200ºC. Entregando la fuente caliente 400 KJ/Kg. Calcular:
a- El rendimiento térmico del Ciclo.
b- El trabajo que puede obtenerse.
Si el Ciclo Real se realiza con aumento de entropía en las adiabáticas de 0.0125
KJ/KgK. Determinar:
c- El rendimiento Térmico del ciclo.
d- El valor de  Q/T.
e- La variación de entropía del sistema, del medio y del universo.
Rta. a) 31.71 % b) 126.84 KJ/Kg c) 29.7 % d)-0.025 KJ/KgK
e) Ss =
0 Sm= 0.025 KJ/KgK Su = 0.025 KJ/KgK
4- Se tiene 5Kg de oxigeno a 30ºC y se le entrega calor hasta que su temperatura sea de
150ºC. El proceso se realiza a presión constante y el calor lo suministra una fuente a
150ºC. Calcular:
f- Variación de entropía del oxigeno.
g- Entropía generada
h- Si la fuente es de 800ºC, determinar la variación de entropía del oxigeno y la
entropía generada.
i- Indicar cual de los dos procesos es mas conveniente.
Rta: a- 1.3514 KJ/K b- 0.2293 KJ/K c- 0.15314 KJ/K 1.0181 Kj/K.
5- Un dispositivo de cilindro émbolo sin fricción contiene agua líquida saturada a 200 Kpa.
Una fuente a 500ºC le cede 450 Kj de calor, provocando que parte del líquido se
evapore a presión constante. Calcular la variación de entropía del universo.
Rta; 0.562 KJ/K
6- En una turbina adiabática entra vapor de agua a 5 Mpa y 400ºC y sale a 200 Kpa.
Determine la cantidad de trabajo máximo que ésta turbina puede entregar. Si el
rendimiento isentrópico de la misma fuera de 0.8, determinar el estado de salida.
Rta: 678.4 KJ/Kg.
7- Un cuerpo de capacidad calorífica igual a 30 Kcal/K se enfría empleando una máquina
frigorífica desde 30 ºC hasta 0 ºC. La máquina entrega calor a la atmósfera que se
encuentra a 30 ºC. Determinar el mínimo trabajo que requerirá la máquina.
8- A una válvula ingresa vapor de agua a 10 Mpa y 600 ºC, saliendo de la misma a 6 Mpa,
luego ingresa a una turbina adiabática irreversible produciéndose un aumento de
entropía de 0.5 KJ/KgK realizándose el escape a 0.03 Mpa. El caudal es de 5000
Kg/hs. Determinar:
a. Temperatura de salida de la válvula.
b. Trabajo producido por la turbina si fuera reversible.
c. Trabajo producido por la turbina real.
d. Rendimiento isentrópico de la turbina.
e. Variación de entropía del universo.
9- Un recipiente rígido y adiabático de 1 m3 de volumen contiene aire a 27 ºC y 0.1 Mpa
es puesto en comunicación con una turbina en la cual circula aire a 10ºC y 1 Mpa.
Cuando se igualan la presión del recipiente con la de la turbina se cierra la válvula.
Determinar:
a. Masa de aire que entró.
b. Variación de entropía del universo.
10- A una cámara de mezcla ingresan por un conducto 10000 Kg/h de vapor de agua a 400
ºC y 4 Mpa y por otro un caudal másico desconocido que es estrangulado hasta 4 Mpa
en una válvula reductora de presión. Las condiciones a la entrada de la válvula son 6
Mpa y 450 ºC. La cámara se supone adiabática. La mezcla resultante se expande en
una turbina adiabática hasta 0.006 Mpa siendo a la salida el titulo del vapor de x = 0.9.
Si la potencia de la turbina es de 10000 KW. Calcular el caudal que ingresa por el
segundo conducto y la generación de entropía del proceso global.
11- Un refrigerador doméstico con un COP de 1.8 extrae calor del espacio refrigerado a
razón de 90 KJ/min. Determinar:
a. Trasferencia de calor al esterior.
b. Potencia eléctrica consumida por el refrigerador.
Rta: a- 2.33 KW b- 0.83 KW.
12- Una bomba de calor que trabaja con aire suministra calor a una casa que se mantiene
a 21ºC a razón de 75000 KJ/h mientras consume 8 KW de potencia. Si la temperatura
del aire exterior es –2ºC, determine si esta bomba de calor viola la segunda ley de la
termodinámica según la desigualdad de Clausius.