Sistema De Iluminación Domestica

SISTEMA DE ILUMINACIÓN DOMESTICA

Definir muy bien el sistema, los límites del sistema y los alrededores del sistema termodinámico

Mediante el siguiente esquema se identifica el sistema.

Sistema 41.2°C

Temperatura ambiente 18°C

Alrededor 32.1°C Pared

Identificar si se trata de un sistema abierto, un sistema cerrado o un sistema aislado

El sistema de iluminación de mi sitio de trabajo constituye un SISTEMA CERRADO puesto que existe intercambio de energía mas no de materia, en particular el sistema cede energía en forma de calor al alrededor inmediato que para el caso en mención es una estructura metálica, la cual pasa de tener la temperatura ambiente que es de 18°C a tener una temperatura de 32.1°C, es decir hubo un aumento de 14.1°C.

Realizar un proceso a este sistema termodinámico e identificar el tipo de proceso al que se está sometiendo, isobárico, isotérmico, isocórico o adiabático:

Es un proceso isotérmico debido a que la temperatura del sistema en funcionamiento no cambia, durante el ejercicio tomé la temperatura del foco de luz (Sistema) y el dato del termómetro fueros 42.2°C luego de 10 minutos el termómetro marco el mismo registro es decir 42.1°C

Realizar cálculos de calor y trabajo para el proceso anterior.

De acuerdo al proveedor las especificaciones técnicas del bombillo son las siguientes.

Consumo real estimado 1.2W

Voltaje + - 220 V AC

Potencia 4W

El consumo o energía consumida se calcula así:

Consumo= Potencia * Tiempo

Consumo del sistema = 1.2W * 1 Hora = 0.0012 KWh.

Nota: el cálculo del sistema lo he realizado usando como modelo una bombilla tipo led dicroico, pero en realidad el sistema de iluminación de mi apartamento consta de 15 bombillas, por lo cual se puede deducir que todo el sistema en funcionamiento tiene un consumo energético total de 0.0012 * 15 = 0.018 KWh.

Con base al tipo de proceso, calcule el trabajo realizado sobre el sistema

Potencia es la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo.

El trabajo realizado por un sistema de iluminación se denomina Flujo luminoso (Φv, el cual se define como la energía por tiempo unitario (dQ/dt), que es irradiado por una fuente, en longitudes de ondas visibles, y su unidad de medida es el lumen, lo que indica que el trabajo realizado por mi sistema de iluminación estará dado en lúmenes.

Un lumen es equivalente a 1/680 W de luz verde-amarilla de 555 nm de longitud de onda. Lo que quiere decir que el valor de 555nm varía dependiendo de la longitud de onda del foco, dicha longitud de onda está directamente ligada con el color del foco

Dadas las anteriores aclaraciones, para mi sistema que es de luz amarilla voy a suponer que tiene una longitud de onda de 555nm, entonces el cálculo del trabajo es el siguiente

Flujo luminoso = (555 lm/W) (4 W) = 2220 lm

EL AGUA EN EBULLICIÓN, QUE COLOCAN PARA PREPARAR EL CAFÉ

SISTEMA ISOBÁRICO: Es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. La Primera Ley de la Termodinámica.

Consumo energético

La ebullición del agua en un recipiente sin tapa en una estufa eléctrica de potencia nominal 1000W por 15 minutos.

Como el recipiente esta destapado es un sistema abierto y el proceso se efectúa a presión atmosférica constante, es isobárico. En el punto de ebullición, la temperatura del agua no aumenta con la adición de calor, en lugar de esto, hay un cambio de fase de líquido a vapor.

El consumo energético para dicho proceso, se determina considerando que 1W=1 J/S

Por lo tanto, si se requieren 15 minutos estos equivalen a 900 segundos, entonces se tiene que

1000W((J⁄s)/1W)=1000 J⁄(s )*900s=900.000 julios;

para pasarlos a calorías se aplica el factor de conversión (1cal/4,184J) asi: 900.000J (1cal/4,184J)=215.105,162 cal

Entonces para hervir agua en un recipiente destapado por 15 minutos se consumen 900.000 julios (900KJ) o 215.105 calorías (215,1Kcal).

Calculo de trabajo:

El cálculo del trabajo realizado cuando se coloca 1 Litros de agua con una temperatura de 22°C, si se calienta a presión constante hasta que el agua alcance un volumen de 3Litros.

Recordando que la densidad del agua es 1Kg/L, se puede decir que 3L de agua corresponden a una masa de 3Kg; teniendo en cuenta que la masa molecular del agua es 18 g/mol debemos convertir 1Kg que equivale a 1000g a moles. Para ello aplicamos el factor de conversión

1000g(1mol/18g)=55,5 moles de agua

Aplicamos la ecuación de estado de los gases para hallar la presión

PV=nRT,despejando P=nRT/V;como la T está en °C se convierte a K sumando a 22+273=295K

Ahora reemplazamos en la ecuación los valores, así

P=55,5 moles((0.082 (atm.L)⁄(mol K))/3L) 295K=443 atmósferas

Para aplicar la ecuación de trabajo es necesario expresar la presión en KPa para ello se utiliza el factor de conversión (101,3KPa⁄1atm) y se simplifica unidades

443atm (101,3KPa⁄1atm)=44,9KPa

Para hallar el trabajo aplicamos la ecuación:

W=P(V_2- V_1 ) reemplazando se tiene

W=44.9KPa(3L-1L)=(44900 N⁄m^2 )(0.003m^(3 )– 0.001m^3 )=89.8 julios

El trabajo realizado por el sistema (agua a ebullición) es de 89,8 julios.

4: Ducha eléctrica

Definir muy bien el sistema, los límites del sistema y los alrededores del sistema termodinámico.

Sistema abierto: Permite el paso de materia. Entra el agua fría y sale el agua caliente. También permite el intercambio de energía en forma de calor

La energía térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos. Los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor y trabajo

Ducha eléctrica es un sistema isobárico, será un análisis de calor y trabajo

Potencia: 1200watt.

Voltaje: 110v.

Intensidad eléctrica: que se expresa en Amperios, y es igual a, I=P/V

A continuación se buscara la relación de energía consumida por un sistema en un tiempo dado, en el siguiente proceso se buscara el consumo energético de una ducha

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