Termodinamica Colaborativo 2

TRABAJO COLABORATIVO_2

TERMODINAMICA

GRUPO: 152

ESTUDIANTE:

TUTORA:

VICTOR FONSECA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

22 de Mayo de 2013

INTRODUCCION

En la Termodinámica hay dos leyes básicas, y ambas se pueden enunciar de modo de negar la posibilidad de ciertos procesos.

La Primera Ley establece que es imposible un proceso cíclico en el cual una máquina produzca trabajo sin que tenga lugar otro efecto externo, es decir niega la posibilidad de lo que se suele llamar “máquina de movimiento perpetuo de primera especie”.

La Segunda Ley no se puede enunciar de modo tan preciso como la primera sin una discusión previa. Sin embargo, hecha la justificación que ciertas definiciones se deben dar todavía, podemos decir que la Segunda Ley establece que es imposible un proceso cíclico en el cual una máquina realice trabajo intercambiando calor con una única fuente térmica. Una tal máquina (inexistente) sería una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie.

Este trabajo contiene mapas conceptuales de la Unidad 2, mediante los cuales el estudiante indagó por la unidad e identificó la temática más importante de cada capítulo; así mismo se desarrolla un taller de la misma unidad con el fin de que el estudiante haga práctica de los conocimientos adquiridos.

OBJETIVO GENERAL

Indagar la temática de la Unidad 2 del módulo de Termodinámica con el fin de adquirir los conocimientos necesarios que le permitan al estudiante resolver los diferentes problemas de aplicación de los conocimiento adquiridos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Resolver los ejercicios planteadas en el taller práctico en base a la temática estudiada en la Unidad uno.

Elaborar un trabajo final.

Punto 1

Antes de comenzar estos ejercicios quiero dar como un ejemplo de entropía en la cotidianidad para que de esta forma sea más fácil entender este tema.

La gente eficiente lleva vidas de baja entropía (altamente organizada). Ellos tienen un lugar para todo (incertidumbre mínima) y requieren energía mínima para encontrar algo. En cambio, la gente ineficiente son desorganizadas y llevan vidas de alta entropía. No les toma minutos (si no horas) encontrar algo que necesiten, y es probable que creen un gran desorden cuando lo buscan puesto que lo más probable es que conduzcan la investigación de una manera desorganizada. La gente que lleva estilos de vida de alta entropía siempre está corriendo pero nunca llega a ningún lado.

Ejercicio.

Un sistema de aire acondicionado extrae calor a razón de 3850 kJ/min, mientras consume una potencia eléctrica de 4.6 kW. El flujo de descarga de calor al ambiente, en kJ/h, es:

W=4.6 KW

QC=3850kJmin

W=Qc-Qf

Qf = Qc-W

Qf=3850kJmin -4,6kJseg

4,6kJseg→276kJmin

Qf=3850kJmin -276kJmin

Qf=3574kJmin

3574kJmin→214440kJhora

Ejercicio.

Un flujo másico de aire de 2899.2 kg/min, 58 ºC y 89 kPa entra a un difusor con una velocidad de 173 m/s. El área transversal de flujo, en m2, es:

Solución:

Mas = 2899,2 Kgmin → 48,32Kgseg

T=58℃

Daire =1290kgm3

P=89Kpa

V=173 m/seg

Mas.= d.V.A

A= Mas.d . V

A= 48,32 kgseg 1290kgm3 . 173 m/seg

A=2,16×10-4m2

Ejercicio.

Dos bloques idénticos de un metal tienen la misma capacidad calorífica, 15 J/K (supuestamente independientes de T), pero distintas temperaturas: 300 y 400 K, respectivamente. Calcula la temperatura final y el cambio de entropía si los bloques se ponen en contacto térmico para alcanzar el equilibrio. Los dos bloques están aislados de los alrededores y el proceso es isobárico.

El calor que sale de un bloque se transfiere al otro:

ΔH(sistema) = ΔH(bloque 1) + ΔH(bloque 2) = 0

(15 J/K)(T - 300) + (15 J/K)(T - 400) = 0

∴ T = 350 K

ΔS(sistema) = ΔS(bloque 1) + ΔS(bloque 2)

= (15 J/K)ln350/300 +(15 J/K)ln350/400

Ejercicio.

Una compañía procesadora de alimentos procesa frutas y vegetales y los envasa en latas. Las latas son calentadas en un baño de agua caliente para la esterilización. En el presente la compañía usa tres baños de agua con un diámetro de 2 metros cada uno que son directamente calentados con vapor. Los baños no son cubiertos lo cual conduce a la evaporación del agua. Calcular las pérdidas de agua por evaporación y la cantidad anual de combustible (incluyendo los costos) necesario para suministrar y la energía para estas pérdidas usando los siguientes datos y diagrama.

Datos:

Horas de trabajo: 250 días/año con 10 horas al día

Temperatura de la superficie del agua: T = 68°C, velocidad del aire: v = 0 m/s

Área: A = π*d2/4, d = diámetro, π = 3,141

Calor específico para la evaporación del agua: aprox.. 2.600 kJ/kg = 0,722 kWh/kg

Energía de un litro de petróleo: aproximadamente. 10 kWh/l

Factor de eficiencia del sistema de calentamiento (quemador, distribución): 80% Costos del combustible: 0,35 dólares

Evaporación a 68°C: 5 kg/m² h

Área: 3 * π * 22 / 4 = 9,4 m²

Evaporación de agua: 9,4 m² * 5 kg/m² h * 10 h/d * 250 d/a

= 117.500 kg/a

Pérdidas de energía por evaporación: 117.500 kg/a * 0,722

kWh/kg. =84.835 kWh/a

Consumo de combustible: 84.835 kWh/a /(80% * 10 kWh/l) =

10.604 l/a

Costos: 10.604 l/a * 0,35 dólares= 3.711 dólares

Ejercicio.

Una gran lavandería trabaja con algunas líneas de lavado, maquinas planchadoras y secadores y necesita diariamente agua suave en cantidades de 380 m³. Al mismo tiempo 300 m³ de agua residual son generadas diariamente con

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