Ejercicios de Refrigeradores

 

Física 2 Semana 6  –  Sesión  Sesión 1 Online

Tome en cuenta la siguiente información para resolver cada uno de los ejercicios propuestos.  Expresioness   Expresione

Q



W   

Refrigerador de Carnot:

Refrigeradores:

W 



Qc   Q f 

 



,

K 

Q f  

Q f 

 



W 

Qc



K 

Q f 

T  f 



T c



 

T  f 

1.  Un congelador de alimentos debe producir 15,0 kJ como efecto de enfriamiento, y su coeficiente de rendimiento es 1,30. Determine la cantidad de energía (en kJ) que expulsa al foco caliente. Solución: El coeficiente de rendimiento del congelador es:  = 1,30  El efecto de enfriamiento corresponde a la cantidad de energía que se extrae del interior del congelador. Por dato tenemos que: | | = 15,0   El coeficiente de rendimiento:

=

 | |  15,0  | |   → | | =    =  = 11,5   ||  1,30

La cantidad de calor que se expulsa al foco caliente es:

| | =  | | + | | = 11,5 + 15,0 15,0 = 26,5    2.  Un refrigerador ideal trabaja entre un foco frío de -5,00 °C y un foco caliente a 30,0 °C. Si el refrigerador consume un trabajo de 50,0 kJ por cada segundo, determine lo siguiente: si guiente: a)  el coeficiente de rendimiento, y  b)  la cantidad de calor que se libera al foco caliente. Solución: a)  Coeficiente de rendimiento k para un refrigerador ideal

=

     5,00 + 273,15 =  = 7,66    [(30, 30,00 + 273,15 273,15)  (5, 5,00 00 + 273,15 273,15)]

 b)  El coeficiente de rendimiento

=

      →   = ||

| | =  ( 7,66)(50,0 ) = 383   

La cantidad de calor que se libera al foco caliente: | | =   + | | = 383 + 50,0 = 433  

 

1

 

3.  Un refrigerador de Carnot mantiene un ambiente a una temperatura de -28,0 °C y expulsa calor a otro ambiente que se encuentra a 47,0 °C. Por cada ciclo el refrigerador expulsa 5,90 ×10 6 J del foco frío. Determine lo siguiente a)  El coeficiente de rendimiento del refrigerador, y  b)  La potencia que consume el refrigerador si cada ciclo dura 3,00 s. Solución: a)  Coeficiente de rendimiento k para un refrigerador de Carnot

     28,00 + 273, 28, 273,15 15  =    = [( [(47, 47,00 + 273,15 273,15))    (  (28 28,0 ,0 + 273,15 273,15)] )] =  = 3,27

 b)  El coeficiente de rendimiento

=

     →  ||

   

= | |−  = 3,27      = 0,7658| | 

Por dato tenemos que la cantidad de calor que se expulsa al foco caliente es de: 5,90×106 J   = 4,52 4,52 × 10 10   El trabajo que consume el refrigerador es:

| | =  | |    = 1,38 1,38 × 10 10    Cada ciclo tiene una duración de 3,00 s por lo que la potencia será: ser á:   | | =   1,3883,00 × 10 10  = 460      = 1,3

4.  Un refrigerador opera con un coeficiente de rendimiento de 4,20 y requiere una potencia eléctrica de entrada de 700 W. Determine: a)  la razón a la que extrae energía del foco frío,  b)  la razón a la que expulsa energía al foco caliente, y c)  la temperatura del foco caliente si el refrigerador opera como un ciclo de Carnot donde el foco frío se encuentra a -2,00 °C. Solución: a)  La potencia que consume el refrigerador es 700 W, esto significa que por cada segundo de operación, consume un trabajo de 700 J El coeficiente de rendimiento es:

=

  

 

| | de calor que se extrae por segundo es:   = | | = 2940  = 2,94    La cantidad La razón a la que extrae energía es: 2,94 kW  b)  La cantidad de calor que se expulsa al foco caliente por segundo es: | | =   + | |  | = 3,64   La razón a la que expulsa energía es: 3,64 kW c)  Si el refrigerador opera como un ciclo de Carnot, el coeficiente de rendimiento es: =

        

El foco frío se encuentra a -2,00 °C. Convertimos esta temperatura a kelvin:   =   + 273,15 = 271,15   La temperatura del foco caliente es:

   271,15    =   +  = 271,15 +   = 336 336     En grados Celsius   = 335,71 335,4,20 71  273, 273,15 15 = 62,6 °   

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