TERMODINÁMICA I DISCUSIÓN 6

[pic 1]

Departamento de Ciencias Básicas

Calle Plan del Pino, Cantón Venecia, Soyapango, San Salvador, El Salvador

Prof. Ing. Wilfredo Aguilera  

Página web: http://sites.google.com/site/gradienteorico/

ENTROPÍA^[1]

[pic 2]

TERMODINÁMICA I  

DISCUSIÓN 6

§ ENTROPÍA Y PRINCIPIO DE INCREMENTO DE ENTROPÍA

1. Un tanque rígido contiene un gas ideal a 40°C que se agita por una rueda de paletas. La rueda de paletas realiza 200 kJ de trabajo sobre el gas ideal. Se observa que la temperatura del gas ideal permanece constante durante este proceso, como resultado de la trasferencia de calor entre el sistema y el entorno a 30°C. Determine el cambio de entropía del gas ideal.  R/ 0

1. Se comprime aire mediante un compresor de 12 kW, de P1 a P2, la temperatura del aire se mantiene constante a 25°C durante este proceso, como resultado de la transferencia térmica al entorno a 10°C. Determine la tasa de cambio de entropía del aire. Indique las suposiciones que se hicieron al resolver el problema.                         R/ -0.0403 kW/K

1. Se transfiere calor, en la cantidad de 100 kJ, directamente de un deposito caliente a 1200 K a un deposito frio a 600 K. Calcule el cambio de entropía de los dos depósitos y determine si se satisface el principio de incremento de entropía.   R/0.0833 kJ/K,  si satisface el principio de incremento de entropía.

1. En el problema anterior, suponga que el calor se transfiere del depósito frio al caliente, en forma contraria a la expresión de Clausius de la segunda ley. Pruebe que esto viola el principio de incremento de entropía, como debe ser de acuerdo con Clausius.                R//-0.0833 kJ/K

1. Se transfiere calor a razón de 2 kW de un deposito caliente a 800K a un deposito frio a 300 K. calcule la tasa a la que cambia la entropía de los dos depósitos y determine si satisface la segunda ley. R// 0.00417 kW/k.  se satisface la segunda ley.

§ CAMBIO DE ENTROPIA SUSTANCIAS PURAS

1. Un recipiente rígido está dividido en dos partes iguales mediante una separación. Una de estas partes contiene 1.5 kg de agua líquida comprimida a 300 kPa y 60ºC mientras la otra está vacía. Se quita la separación y el agua se expande hasta llenar todo el recipiente. Determine el cambio de entropía del agua durante este proceso, si la presión final del recipiente es 15 kPa. Respuesta: -0.1105 kJ/K

1. Un recipiente rígido bien aislado contiene 2 kg de una mezcla saturada de líquido y vapor a 100 kPa. Inicialmente, tres cuartas partes de la masa están en fase liquida, pero después se enciende un calentador de resistencia eléctrica colocado en el recipiente y funciona hasta que todo el líquido en el recipiente se evapora. Determine el cambio de entropía del vapor durante este proceso.

1. El radiador de un sistema de calefacción por vapor tiene un volumen de 20 L y se llena de vapor sobrecalentado a 200 kPa y 150ºC. En ese momento tanto las válvulas de entrada y salida del radiador están cerradas. Después de un rato la temperatura del vapor disminuye a 40ºC como resultado de la transferencia de calor hacia el aire del cuarto. Determine el cambio de entropía del vapor durante este proceso.         Respuesta: -0.132 kJ/K

1. Entra vapor de agua a un compresor a 35 kPa y 160°C y sale a 300 kPa con la misma entropía específica que tenía a la entrada. ¿Cuál es la temperatura y la entalpía especifica del agua a la salida del compresor?

1. Un dispositivo aislado de cilindro-embolo contiene 5 L de agua líquida saturada a una presión constante de 150 kPa. Un calentador de resistencia eléctrica dentro del cilindro se enciende ahora y se transfiere una energía de 2 200 kJ al agua. Determine el cambio de entropía del agua durante este proceso.

1. Un dispositivo de cilindro-embolo bien aislado contiene 0.05 m3 de vapor de agua a 300 kPa y 150°C. El vapor se comprime ahora de manera reversible a una presión de 1 MPa. Determine el trabajo realizado sobre el vapor durante este proceso.

1. Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 1.2 kg de vapor saturado de agua a 200°C. Ahora se transfiere calor al vapor y este se expande reversible e isotérmicamente a una presión final de 800 kPa. Determine la transferencia de calor y el trabajo realizado durante este proceso. R// Q= 219.9  kJ;  W= 175.7 kJ

1. Se comprime isentrópicamente agua a 10°C y calidad de 81.4% en un sistema cerrado a 3 MPa. ¿Cuánto trabajo se necesita en este proceso, en kJ/kg?

1. Una turbina de vapor isentrópica procesa 5 kg/s de vapor de agua a 4 MPa, la mayor parte del cual sale de la turbina a 50 kPa  y 100°C. Un 5% del flujo de la turbina se desvía para calentar el agua de alimentación, el cual va a 700 KPa. Determine la potencia que produce esta turbina en kW.

1. Un dispositivo de cilindro embolo contiene 5 kg de vapor de agua a 100°C con una calidad del 50%. Este vapor sufre dos procesos:

1-2 El calor se transfiere al vapor de manera reversible, mientras la temperatura se mantiene constante, hasta que el vapor exista como vapor saturado.

2-3 El vapor se expande en un proceso adiabático reversible hasta que la presión es de 15 kPa

a) Haga un esquema de este proceso con respecto a las líneas de saturación en un solo diagrama T-s.

b) Determine el calor transferido al vapor en el proceso 1-2, en kJ  R// 5638.7 kJ

c) Determine el trabajo que realiza el vapor en el proceso de 2-3 en kJ. R// 1300 kJ

§ CAMBIO DE ENTROPIA DE SOLIDOS Y LIQUIDOS

1. Un bloque de cobre de 50 kg que se halla inicialmente a 80ºC se deja caer en un recipiente aislado que contiene 120 L de agua a 25ºC. determine la temperatura de equilibrio final y el cambio de entropía total para este proceso                                                                     R// T=300 k     (Ccobre= 0.386 kJ/kg.K y C agua = 4.18 kJ/kg.K)

1. Un bloque de hierro de 50 kg y otro de cobre de 20 kg, ambos inicialmente a 80ºC, se dejan caer en un gran lago que esta a 15ºC. Después de un tiempo, se establece el equilibrio térmico como resultado de la transferencia de calor entre los bloques y el agua del lago. Determine el cambio de entropía total para este proceso. Tome en cuenta los siguientes calores específicos:  Chierro=0.45 kJ/kg.K  Ccobre=0.386 kJ/kg.K                       R// 0.719 kJ/K

1. Un bloque de hierro de 25 kg, inicialmente a 350°C, se enfría en un tanque aislado que contiene 100 kg d agua  a 18°C. suponiendo que el agua que se vaporiza durante el proceso se re condensa en el tanque, determine el cambio total de entropía del proceso.

1. Un bloque de aluminio de 20 kg inicialmente a 200°C se pone en contacto con un bloque de 20 kg de hierro a 100°C en un contenedor aislado. determine la temperatura final de equilibrio y el cambio total de entropía para este proceso.   R// 168.4°C ; 0.169 kJ/K

§ CAMBIO DE ENTROPIA DE GASES IDEALES

1. En un dispositivo de cilindro embolo se comprime gas oxigeno de un estado inicial de 0.8 m3/kg y 25ºC a uno final de de 0.1 m3/kg y 287ºC. Determine el cambio de entropía del oxigeno durante este proceso. Suponga calores específicos constantes.

1. Un recipiente rígido y aislado de 1.5 m3 contiene 2.7 kg de dióxido de carbono a 100 kPa. Una hélice efectúa trabajo en este sistema hasta que la presión en el recipiente aumenta a 150 kPa. Determine el cambio de entropía del dióxido de carbono durante este proceso. Suponga calores específicos constantes. Datos: R=0.1889 kJ/kg.K ; CP=0.846 kJ/kg.K; CV=0.657 kJ/kg.K.   R// 0.719 kJ/K

1. Inicialmente un dispositivo aislado cilindro-embolo contiene 300 L de aire a 120 kPa y 17°C, después el aire se calienta dentro del cilindro durante 15 minutos mediante un calentador de resistencia de 200 W. La presión del aire se mantiene constante durante este proceso. Determine el cambio de entropía del aire, suponiendo a) Calores específicos constantes b) Calores específicos variables.  R//0.386 kJ/K 0.387 kJ/K

1. Se comprime aire de manera estable por medio de un compresor de 5 kW. desde 100 kPa y 17°C hasta 600 kPa y 167°C, a razón de 1.6 Kg./min. durante el proceso, alguna transferencia de calor a 17°C ocurre entre el compresor y los alrededores. Determine la tasa de cambio de entropía del aire durante este proceso y la entropía generada.  

1. Un tanque rígido y aislado está dividido en dos partes iguales por una membrana. Inicialmente, una parte contiene 5 kmol de un gas ideal a 250 kPa y 40°C, y el otro lado está al vacío. Ahora se quita la membrana y el gas llena todo el tanque. Determine el cambio total de entropía durante este proceso.  R// 28.8 kJ/K

1. Determine la temperatura final cuando se expande aire isentrópicamente de 1 000 kPa y 477°C a 100 kPa en un dispositivo de cilindro-émbolo.

1. ¿Cuál de dos gases, helio o nitrógeno, tiene la temperatura final más alta al comprimirse isentrópicamente de 100 kPa y 25°C a 1 MPa en un sistema cerrado?

1. Se comprime aire en un dispositivo de cilindro-embolo, de 100 kPa y 17°C a 800 kPa. En un proceso reversible adiabático. Determine la temperatura final y el trabajo en kJ/kg, realizado durante el proceso, suponiendo para el aire. A) calores específicos constantes, b) calores específicos variables.

§ EFICIENCIAS ISENTROPICAS DE DISPOSITIVOS DE FLUJO ESTACIONARIO.

...