Metodología De La Investigación

TRABAJO COLABORATIVO

GRUPO No. 15

EDUARDO ARTEAGA - 13721771

OSCAR EDUARDO MANTILLA - 13741982

MARCO POLO PEÑUELA FONSECA - 13720202

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

21 DE MAYO DE 2012

CONTENIDO

Página

INTRODUCCIÓN 3

1. OBJETIVOS 4

1.1 Objetivo General 4

1.2 Objetivos Específicos 4

2. EJERCICIOS RESUELTOS 5

3. RESUMEN DE FÓRMULAS PRINCIPALES 7

CONCLUSIONES 18

BIBLIOGRAFÍA 19

INTRODUCCIÓN

A partir del desarrollo de este trabajo se pondrán en práctica los conocimientos adquiridos a cerca de la segunda ley de la termodinámica, la cual establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no, es decir que, de todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir.

La segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de diferentes formas equivalentes, tiene muchas aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez la más importante es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas.

Expresada en forma simple, la segunda ley afirma que no es posible construir una máquina capaz de convertir por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía. Para demostrar lo anterior se desarrollaran una serie de ejercicios relacionados con la segunda ley y las aplicaciones de la termodinámica a diferentes tipos de procesos.

1. OBJETIVOS

Reconocer temáticas de la unidad 2.

Elaborar un resumen con las principales fórmulas empleadas, por lección y capítulo, de la unidad dos del módulo de termodinámica.

Aplicación de fórmulas y, resolución de ejercicios propuestos.

Objetivo General

Obtener y utilizar relaciones entre propiedades termodinámicas.

Aplicará los principios de la termodinámica en el análisis de sistemas termodinámicos de potencia.

1.2 Objetivos Específicos

Conocer la segunda ley de la termodinámica y aplicarla en los ejercicios propuestos.

2. EJERCICIOS RESUELTOS

(Resumen acerca de los conceptos principales (únicamente) del curso de termodinámica, teniendo en cuenta la estructura del curso en unidades, capítulos y lecciones.)

Ejercicio 1:

El flujo de descarga de calor al medio ambiente es de 115500 kJ/h para un aire acondicionado que extrae calor de una oficina a 1817 kJ/min. La potencia eléctrica que requiere este equipo, en kJ/h, es de:

Q_C=Q_(f+P)

P=Q_c-Q_f

P=115500KJ⁄(h-1817 KJ⁄(min*60 min⁄h))

P=115500KJ⁄(h-109020 KJ⁄h)

P=6480KJ⁄h

Ejercicio 2:

Un aceite tiene una capacidad calorífica de 1.3 kcal/ (kg.K), se alimenta a un intercambiador a razón de 133 kg/h y 80 ºC para ser enfriado hasta 48 ºC. Para esto se utiliza agua que se encuentra a 23 ºC y sale a 79 ºC. La capacidad calorífica del agua es de 1.0 kcal/(kg.K). El agua requerida para este proceso de enfriamiento, en kg/h, es:

Q_agua=-Q_aceite

mC_p T=-mC_p T

m=((-mC_p T))⁄((C_p T) )

m=(-133 Kg⁄h)1.3 ( Kcal⁄(KgK)(48-80) K)⁄((1 Kcal⁄KgK) ) (79-23)K

m=98.8Kg⁄h

Ejercicio 3:

Un gas a 27 ºC y 133 kPa fluye a 89 m/s a través de un área de 0.08 m2. La masa molar de este gas es 28.8 g/mol. El flujo másico de este gas, en kg/min, es:

m=AV

m=AV ((PMw))⁄RT

m=AV(P*Mw)/RT

m = (0.08m^2*89 m/s*(133 kPa*28.8 kg/kmol))/((8.31 (kPa*m^3)/(kmol*K)*300K))*60s/min

m =656.4 kg/min

Ejercicio 4:

Un pistón contiene 15 moles de un gas a 153 kPa el cual se expande isotérmicamente hasta que la presión final llega a 123.2 kPa. El cambio de entropía que ha sufrido este gas, en J/K, es:

S=nRLn(P1/P2 )

S=15mol*8.31 J/(mol*K)*Ln((153 kPa)/(123.2 kPa))

S=27 J/K

Ejercicio 5:

En un ciclo, el calor que recibe de una fuente de temperatura alta es 1238.1 kcal y el calor que cede a una fuente de temperatura mejor es 780 kcal. La eficiencia de este ciclo es:

n=1-(780 kcal)/(1238.1 kcal)

n=0.37

3. RESUMEN DE FÓRMULAS PRINCIPALES

EDUARDO ARTEAGA

CAPITULO 4

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

LECCIÓN 16: Aplicación de la primera ley en gases ideales

Proceso isotérmico para un gas ideal

∆H=∆U+∆PV=0 ∆U=CvT Q=∆U-W

Proceso adiabático para un gas ideal

W_Adiabatico=U_2-U_1=nCv (T_2-T_1 )

Ecuación diferencial de Laplace

PV=Cte,ó P_1 V_1=P_2 V_2

LECCIÓN 17: Segunda ley de la termodinámica

Enunciado Kelvin-Planck

Eficiencia máquina térmica

n=W/Q_c n=1-Q_f/Q_c

Transformaciones cíclicas con dos focos térmicos

Q_1+Q_2=-W

Ciclo de Carnot

n=(Q_1-Q_2)/Q_1 =W/Q_1

LECCIÓN 18: Segunda ley de la termodinámica (continuación)

Ciclo de Carnot inverso

∆U=Q_1+W-Q_2=0 〖 Q〗_1+W=Q_(2 ) n=Q_1/W

Teorema Clausius

COP= Q_f/W_s

LECCIÓN 19: Entropía

∫▒δQR/T=0

LECCIÓN 20: Entropía (Continuación)

Calculo de entropía en procesos irreversibles

∆S_mezcla=-nR(X_A lnX_A+n_B lnX_B)

CAPITULO 5

CICLOS TERMODINÁMICOS

LECCIÓN 21: La máquina de vapor ciclo de Rankine

n=(H_e-H_f+V(P1-P2))/(H_e-H_a+V(P1-P2)) H_f=H_k-T2(S_k-S_e ) X_f=(S_e-S_a)/(S_k-S_a )

Máquinas de combustión interna

n=((h_e-h_b )-(h_f-h_a ))/((h_e-h_b ) )

LECCIÓN 22: Motores de 4 tiempos ciclo de Otto

n=1-T1/T2=1-(V2/V1)^(γ-1)=1-1/(r_c^(γ-1) )

LECCIÓN 23: Motores de ignición por compresión ciclo Diesel

n=1-1/(r_c^(γ-1) )*(r_0^(γ-1))/(γr_0-1)

LECCIÓN 24: Ciclo de Brayton

n=1-1/(r_p^(((γ-1))⁄γ) )

LECCIÓN 25: Máquinas frigoríficas

n=Q2/(Q1-Q2)

CAPITULO 6

...