TERMODINAMICA11

TERMODINAMICA

INTRODUCCIÓN   .......................................................................................................................................

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PREGUNTA 01...........................................................................................................................................

2

PREGUNTA 02...........................................................................................................................................

4

PREGUNTA 03...........................................................................................................................................

5

PREGUNTA 04...........................................................................................................................................

7

PREGUNTA 05...........................................................................................................................................

9

PREGUNTA 06.........................................................................................................................................

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BIBLIOGRAFIA  ........................................................................................................................................

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INTRODUCCIÓN

El presente trabajo se realiza con el propósito de plasmar todo lo aprendido respecto al curso de Termodinámica, ya que Comprende el estudio de las definiciones definiciones principales, calor y trabajo en los diferentes sistemas termodinámica. Utilizando el método de análisis termodinámico obtenido en el estudio de la primera, segunda y tercera leyes de la termodinámica. Se estudiará teóricamente los principales ciclos de fuerza electromotriz; aplicándolos a problemas prácticos y calculando su eficiencia. Proporcionar al estudiante los conocimientos básicos necesario para comprender y realizar el análisis termodinámico de los proceso de ingeniería donde se manipulen diversas formas de energías con aplicaciones prácticas. Desarrollar en el estudiante la habilidad para la utilización de los principios termodinámicos, los cuales son básicos en el diseño y construcción de equipos sencillos para las transformaciones energéticas.

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PREGUNTA 01 1. Un mol de un gas ideal diatomico se deja expandir a lo largo de la recta que va de 1 a 2 en un diagrama (V, p), (L, atm) . Punto 1 (13.2, 3.5) y Punto 2 (25.7, 1.1) A continuación se comprime isotérmicamente desde 2 hasta 1. Calcular el trabajo total realizado sobre el gas durante este ciclo. (3Ptos)

  − + − −  −  12 3.51.1 3.51.125.713.2 25.713.2 − 28.75 

……………………..





Calculando la T° 2

   1.1.1  ×× 25. 25.7 7   1×0. ×  082 ×°   344.76 °° 

Proceso Isotérmico

− () ××344.76×( 13.2) −  1 ×0.082 ×° 25.7 −  18. 18.84    

Reemplazando

……..  − + −   28. 28.75  ++ 18. 18.8484    9.91 325   9.91×× 101. 1  1004.135 3

PREGUNTA 02

2. Un gas se expande desde i hasta f por tres trayectorias posibles, como se indica en la figura Calcular el trabajo realizado por el gas a lo largo de las trayectorias iAf, if y iBf. Datos: Pi = 4atm = 4.05x10^5 Pa, Pf = 1atm = 1.013x10^5 Pa, Vi = 2lt = 0.002m³ = VB, VA = 4lt = 0.004m³ = Vf. (3Ptos)



Trayectoria IAF

w  w + wF w  w + wF w AREA+0 w P∆V w PV  V w 4.052×10Pa Pa0.004m 0.002m w 810.4 mN m 0

4

w 810J 

Trayectoria IF

w  AR AREAEA DEL DEL TRA TRAPEPECICIOO   +2 ℎ 4+12 w  4+1 2 101.325 w 5a×× 1× w 506.625 

Trayectoria IBF

w  w + wF w 0+AREA w P∆V w PVF  V w 1.013×10Pa Pa0.004m 0.002m w 202 mN m w 202J PREGUNTA 03

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3.- El calor especifico del grafito referido al átomo gramo esta dado en cal/mol°K, Donde la Temperatura T se expresa en Kelvin (°K), Calcular la cantidad de calor que precisan 32.98 Kg de grafito para elevar su temperatura de 51°C a 301°C. Donde el calor específico es: (3 Ptos)

 2.67+2.6210−1.1710−−   32.98   329 32980    51 ℃  324 °   301 301 ℃  574 574 °

 12/

Pide Cantidad de Calor

  ∫     °   ∫ °  2.67+2. 7+2.62  10−  1.1717  10− −   °  °  ° −  ∫ ° 2.67  + ∫ ° 2.62  10     ∫ °  1.17  10− −    °  °  ° − − −  2.67∫ ° +2. +2.62  10  ∫ ° 1. 1.17  10  ∫ °      574 ° −   574 ° −  − 574 °

 2.67[7 [] 324 °  2.62  10  2  324 °  1.17  1010  1  324 ° 6



  324 574 − 574  324 324 °] + 2.6  10   + 1.1717  1010− [574−  324−] 2.67 [574

2

 {667. 667.5 + 291. 291.85 85  1.5757  1010−}  {959.35}5}       ×959.35  °   =

2636381.605 cal PREGUNTA 04

3.- Una máquina térmica consume 236.36 kg de carbón por hora, siendo el poder calorífico de este combustible de 18.0x10³

kcal/kg. Si la máquina tiene un

rendimiento del 27.88%. Calcule el trabajo suministrado por la máquina y el calor cedido al foco frío en una hora. (3 Ptos)



Rendimiento de una Maquina Térmica 7

 %  

0.2788

    236. 236.36   18.0×10  



Masa del Carbono



Poder Calorífico



El calor absorbido por la máquina en una hora es:





   ×    18.0×103   ×236.36    4254.48×103 18   4254.48×103× 4.1   17.8×103  %    %×   0.2788 ×17.8×103   4.96 × 103 Despejando

Para calcular el calor que cede al foco frío en ese tiempo, aplicamos el Primer Principio de la Termodinámica a la máquina. La variación de energía interna de una máquina en el ciclo es:

∆+= | Q | − | Q | − | W  | | c

 f 

8



Como la energía interna es una función de estado, en un ciclo su variación ha de ser nula, pues los estados inicial y final coinciden. Entonces.

      17.8×10   4.96 × 10  12.84×10 PREGUNTA 05

5. Calcule la variación de entropía de un bloque de hielo de 27.89 g a −12.5°C cuando pasa reversiblemente al estado de vapor a 116.6°C, a presión constante. Datos: cp (vapor) = 2.08 kJ/kg K, Cp (agua) = 4.18 kJ/kg K, C p (hielo) = 2.11 kJ/kg °K, Lf  = 333.55 J/g, L v=2257 J/g . (3 Ptos)

Datos:

+cp (vapor) = 2.08 kJ/kg K 9

+Cp (agua) = 4.18 kJ/kg K +Cp (hielo) = 2.11 kJ/kg °K -Lf  = 333.55 J/g, -Lv=2257 J/g T°1 = -12.5°C = 260.65°K T°2 = 0°C = 273.15°K T°3 = 100°C = 373.15°K T°4 = 116.6°C = 389.65°K m =27.89 g

.°

∆1  ∫  °° .° 15° ∆127.89×2.11 °  ×  273. 260.65° 10

∆12.7566 °   ∆2× °  ⁄ 333. 5 5 ∆227.89× 273.15° ∆234.0571 °  .°

∆3  ∫  °° .° 15° ∆327.89×4.18 °  ×  373. 273.15° ∆336.3683 °   ∆4× °  ⁄ 2257 ∆427.89× 373.15° 11

∆4168.6928 °  .°

∆5  ∫  °° .° 65° ∆527.89×2.08 °  ×  389. 373.15° ∆52.5101 °  ∆ ∑= ∆ 2.7566 ° +34.0571 ° +36.3683 ° +168.6928 ° +2.5101 ° ∆244.3849 =

PREGUNTA 06

6.- Una central eléctrica de turbina de gas que opera en un ciclo Brayton ideal y tiene una relación de presión de 8.06. La temperatura del gas es de 305.59 °K en la entrada del del compresor y de 1310.29 °K en la entrada de la turbina. Determinaremos la temperatura del gas a la salida del compresor y de la turbina, y la eficiencia de esta turbina. (3 Ptos)

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TA = entrada de compresor

TC = entrada de la turbina

TB = salida de compresor

TD = salida de la turbina

DATOS: P = 8.01 T A = 305.5 °K

TB = ?

T C = 1310.2 °K

TD = ?

DESARROLLO:

1 1−  Temperatura a la salida del compresor TB = TA

 =      

 TB305.5°K×8.01.. TB=TA

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TB553.59°K TB553.6°K La compresión en (553.6 – (553.6 – 305.5)  305.5) = 248.1 °K la temperatura mientras que la combustión lo hace en (1310.2 – (1310.2 – 553.6)  553.6) = 756.6 75 6.6 °K más del triple que la compresión.

Salida de la turbina:

   TD = TC X  TD=723.03°K

BIBLIOGRAFIA

Torres Frank, Termodinámica I  – Fondo  – Fondo Editorial De la Pontificia Universidad Católica del Perú 1994. Howell - Buckius Principios de Termodinámica para ingenieros Editorial MC Graw Hill México 1990.

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