Universidad Fermín Toro

Vicerrectorado Académico

Facultad De Ingeniería

Cabudare – Edo. Lara

Alumno: Erick Martínez.

C.I.: 24.943.262

Cabudare, Noviembre 2013

EVALUCACION 2DA LEY

1) Basándose en la definición de la 2da ley de la termodinámica, establezca la diferencia entre el diseño y el mantenimiento de una máquina térmica.

La diferencia es que el diseño es la construcción de la maquina siguiendo sus procedimientos de fabricación para el cual se le requiere y el mantenimiento es el de cuidar el buen funcionamiento de la máquina para el buen desarrollo de su trabajo 

Por ejemplo:

Un motor de automóvil se fabrica para un carro específico y su mantenimiento es indispensable para el buen desempeño del mismo.

2) Explique ayudándose con un dibujo esquemático, el principio de Kelvin Planck.

Este principio dice que es imposible construir una máquina térmica que, funcionando de manera cíclica, produzca sólo el efecto de absorber energía de un foco y convertirla en igual cantidad de trabajo por lo tanto una máquina térmica funcionando al revés retira energía del foco frío y la cede al foco caliente consumiendo cierta cantidad de trabajo.

PROCESO INVERSO Un refrigerador es una máquina térmica que opera en sentido inverso• El compresor hace trabajo al aumentar la presión del fluido.• El foco caliente es el exterior del frigorífico. El fluido cede calor al condensarse en el serpentín exterior.• El foco frío es el interior del frigorífico. El fluido absorbe calor al evaporarse en el serpentín interior.

3) ¿Qué significado tiene el Coeficiente de Operación para un refrigerador?

Es la eficiencia que se tiene un sistema de refrigeración o calefacción, así que el COP indica la relación que hay de energía utilizada por el compresor y la cantidad de energía que se utiliza para absorber calor del espacio refrigerado. (Relación de entrada entre salida)

4) Ayudándose con el esquema de la pregunta 2, obtenga la expresión del rendimiento para una máquina térmica.

Se tiene una máquina térmica que trabaja con aire que describe el ciclo de Carnot de la figura. Las transformaciones A-B y C-D son isotermas y las transformaciones B-C y D-A son adiabáticas.

Hallar los valores de la presión, el volumen, y la temperatura de cada uno de los vértices A, B, C y D a partir de los datos suministrados en la figura.

Calcular de forma explícita el trabajo en cada una de las transformaciones, la variación de energía interna, y el calor.

Hallar el rendimiento del ciclo. ¿Cuál es la razón por la que un diseñador de motores térmicos debe de conocer el

ciclo de Carnot?.

Dato: R=0.082 atm.l/(K mol)

Solución:

c p=cv+R; cp=72R;γ=

c pcv

=75

Numero de moles: 10.2=nR .850 nR=20850

A→B isoterma 10.2=8.vB v B=2.5 l

B→C adiabática

Pvv Bγ=Pc PB

γ

Pv v B=nRT BPc vc=nRT c

⇒T B vBγ−1=T c vc

γ−1

850.2,525=310 vc

25⇒ vc=31.12l ; Pc=0.23 atm

A→D adiabática

T Av Aγ−1=T DT D

γ−1

PDvD=nRT D

PD=0.29 atm; vD=24.90 l

850.22/5=310.vD2 /5

P(atm) V(l) T(°K)A 10 2 850B 8 2.5 850C 0.23 31.12 310D 0.29 24.90 310

Primer principio:

∆U=Q−W

∆U=ncv (T f−T i )

W=∫A

B

Pdv

Proceso A→B isotermo

∆u=0

W=∫A

B

Pdv=¿W=∫A

BnRTvdv=nRT ¿¿¿=nRTln

vBv A

W= 20850

.850 ln2.52

=4.46atm . l Q=W=4.46atm .l

Proceso B→C adiabático

Q=0

∆U=n . 52R (310−850 )= 20

850.52

(310−850 )=−31.76atm . l

W=∫B

C

Pdv=¿W=∫B

CCTTEvγ

dv=CTTEV−γ+1 [ vc−γ+1−vB−γ+1 ]=¿¿

¿ 1−γ+1

[Pc vC−PB vB]

W= 1−75

+1[ (0.23 ) . (31.12 )−(8 ) . (2.5 ) ]=+32.11atm .l

Como vemos se cumple ∆U ≈−W

Proceso C→D isotermo

∆U=0

W=nRT lnvDvC

= 20850

.310 ln24.9031.12

=−1.62atm .l

Q=W=−1.62atm . l

Proceso D→A adiabático

Q=0

W= 1−γ+1

[PA v A−PDvD]=1

−75

+1[10.(2)− (0.29 ) . (24.90 ) ]=−31.95atm . l

∆U=n . 52R (850−310 )=31.76atm . l

Como vemos se cumple ∆U ≈−W .

W(atm.l) Q(atm.l) ∆UA→B 4.46 4.46 0B→C 32.11 0 -31.76C→D -1.62 -1.62 0D→A 31.95 31.76

2.84 0

Resumen del ciclo: Trabajo total: 2.84 atm. l

Calor absorbido:4.46 atm .l

Calor cedido: 1.62atm .l

Rendimiento:

η= W

Q|¿|=2.844.46

=0.64¿

Formula del rendimiento del ciclo Carnot:

η=1−T fTc

=1−310850

=0.64

Un motor térmico que trabaja entre dos focos a las temperaturas de 850° y 310°, respectivamente, no puede tener un rendimiento superior al 64%.