Actividad 5. Segunda ley de la termodinámica.

Actividad 5. Segunda ley de la termodinámica.

1.- Un motor a gasolina utiliza 12000 Joules de calor para producir 3200 Joules de trabajo por ciclo. El calor proviene de quemar gasolina que tiene un calor de combustión Lc = 42000 Joules/Kg. Realiza los siguientes puntos:

a) Calcula la eficiencia térmica del sistema.

W = Qc – Qf

e = W = 1 - Qf

Qc Qc

e = W = 3200 j = 0.26667 j

Qc 12000

b) ¿Cuánto calor se pierde en cada ciclo?

W = Qc – Qf

Qf = Qc – W

Qf = 12000 – 3200 = 8800 j

C) ¿Que masa de gasolina se quema en cada ciclo?

Qc = mLc

m = Qc = 12000 = 0.28571 kg

Lc 42000

d) Si el motor opera a 60 ciclos/seg determine la potencia de salida en kW y en Hp.

P = W = 60 * 3200 = 192 KW

t 1000 s

Hp = 257.37265416

2.- Una máquina de Carnot opera idealmente entre 475 °C y 125 °C con un suministro de calor de 200 Joules/ciclo. Resuelve lo siguiente:

a) ¿Cuál es el número mínimo de ciclos que se requieren para que la máquina pueda levantar un peso de 400 Kg hasta una altura de 75 m?

a – b – Expande isotérmicamente

Q = Qc (+) W (+)

b – c – Expande adiabáticamente - Tf

Q = 0 W (+)

c – d – Comprime isotérmicamente

Q = Qf (-) W (-)

d – q – Comprime adiabáticamente - Tc

Q = 0 W (-)

W = mgh Qf = Tf

Qc Tc

W = Qc + Qf

Wt = mgh = (400) (9.8) (75) = 2.94 x 105 j

Qf = - Qc Tf = - (200) 125 + 273.15 = - 106.44

Tc 475 + 273.15

W = Qf + Qc = - 106.44 + 200 = 93. 56 j (W por ciclos)

Wt = 2.94 x 105 = 3141.0 ciclos

W 93.6

b) Representa gráficamente el ciclo de Carnot y descríbelo.

Presión

A

B

D

C

Volumen

El ciclo de Carnot se compone de cuatro tiempos. En el primer tiempo (A a B) se calienta una masa de gas, permitiéndole dilatarse libremente (dilatación isotérmica); de esa forma, el calor suministrado ejecuta sólo un trabajo extremo (dilatación) sin aumentar la energía interna del gas. Por esta razón la temperatura del gas sigue siendo la misma, mientras aumenta su volumen y disminuye su presión. En el segundo (B a C), el gas experimenta una dilatación adiabática (sin permitir salida ni entrada de calor en el sistema), por lo que efectúa más trabajo externo. En este tiempo disminuyen la energía interna del gas (y por lo tanto, su temperatura) y la presión, y aumenta su volumen. En el tercer tiempo (C a D), el gas sufre una compresión isotérmica; como resultado, aumenta su presión, disminuye su volumen y desprende todo el calor que le queda. En el último tiempo (D a A), se pone el gas de nuevo a temperatura, presión y volumen originales, mediante compresión adiabática

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