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TERMODINÁMICA
INTRODUCCIÓN
ENUNCIADO DE KELVIN PLANCK
ENUNCIADO DE CLAUSIUS
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
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08
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V. Segunda Ley de la Termodinámica
CICLO DE CARNOT
04
02
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REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
MÁQUINAS TÉRMICAS
MÁQUINAS DE MOVIMIENTO PERPETUO
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01 INTRODUCCIÓN
HOME
Satisfacer la 1ª Ley no asegura que un proceso tenga lugar, se tiene que satisfacer también la 2ª Ley:
- Los procesos ocurren en cierta dirección.
- La energía tiene calidad y cantidad.
- Determinación de límites teóricos en el desempeño de sistemas de ingeniería.
- Perfección en procesos termodinámicos
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01 INTRODUCCIÓN
HOME
DEPÓSITOS DE ENERGÍA TÉRMICA
Cuerpo hipotético que posee un capacidad de energía térmica relativamente grande (m*Ce) que puede suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin experimentar ningún cambio de temperatura. No tiene que ser grande
Es posible modelar un sistema de dos fases como un depósito.
depósitos de calor
5.1 Fuentes de Calor
5.2 Máquinas, bombas térmicas y refrigeración
02 MÁQUINAS TÉRMICAS
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HOME
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CONTACT
Características
Convertir calor en trabajo requiere de dispositivos especiales llamados máquinas térmicas.
Fluido de trabajo
Las máquinas térmicas también incluyen dispositivos que operan en un ciclo mecánico pero no en uno termodinámico.
El dispositivo productor de trabajo que mejor se ajusta a la definición de una
máquina térmica es la central eléctrica de vapor.
Eficiencia térmica
2. Tasa de consumo de combustible de un automóvil
Un motor de automóvil con una salida de potencia de 65 hp tiene una eficiencia térmica de 24 por ciento. Determine la tasa de consumo de combustible
de este automóvil si el combustible tiene un poder calórico de 19 000 Btu/
lbm (es decir, 19 000 Btu de energía se liberan por cada lbm de combustible
quemado).
Respuesta
Fórmulas
Datos
EJERCICIOS
1. Producción de potencia neta de una máquina térmica
Se transfiere calor a una máquina térmica desde un horno a una tasa de 80 MW. Si la tasa de rechazo de calor hacia un río cercano es 50 MW, determine la salida de potencia neta y la eficiencia térmica para esta máquina térmica.
Datos
Fórmulas
Respuesta
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03 ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK
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incluso bajo condiciones ideales una máquina térmica simple debe rechazar algo de calor hacia un depósito que se encuentra a baja temperatura con la finalidad de completar el ciclo
Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo.
Ninguna máquina térmica puede convertir todo el calor que recibe en trabajo útil.
Para funcionar la máquina debe intercambiar calor con un sumidero de baja T y una fuente de alta T.
Ninguna máquina termica puede tener eficiencia del 100%
¿Por qué ésta máquina no cumple con el enunciado de Kelvin-Plack?
5.3 Transformaciones cíclicas monotermas
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04 REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
HOME
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REFRIGERADORES
BOMBAS DE CALOR
3. Rechazo de calor mediante un refrigerador
Datos
El compartimiento para comida de un refrigerador se mantiene a 4 °C al extraer calor de éste a una tasa de 360 kJ/min. Si la entrada de potencia requerida al refrigerador es de 2 kW, determine : a) el coeficiente de desempeño del refrigerador y b) la tasa de rechazo de calor hacia la habitación que aloja al refrigerador.
RESPUESTA
4. Calentamiento de una casa mediante una boba de calor
Datos
Se utiliza una bomba de calor para satisfacer los requerimientos de calefacción de una casa ymantenerla a 20 °C. Se estima que la casa pierde calor a una tasa de 80 000 kJ/h en un día en el que la temperatura del aire exterior desciende a -2 °C. Si la bomba de calor en estas condiciones tiene un COP de 2.5, determine a) la potencia consumida por la bomba de calor y b) la tasa a la que se extrae calor del aire frío exterior.
RESPUESTA
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05 ENUNCIADO DE CLAUISIUS
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EQUIVALENCIA DE LOS DOS ENUNCIADOS
REFRIGERADOR DE CLAUSIUS
Rudolf Julius Emmanuel Clausius
El enunciado establece simplemente que un refrigerador no puede operar a menos que su compresor sea propulsado mediante una fuente de energía externa, como un motor eléctrico
Refrigeradores o bombas de calor
Estos enunciados son equivalentes en sus consecuencias, y se puede usar cualquiera como expresión de la segunda ley de la termodinámica. Cualquier dispositivo que viole el enunciado de Kelvin-Planck también viola el de Clausius, y viceversa.
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06 MÁQUINAS DE MOVIMIENTO PERPETUO
HOME
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Cualquier dispositivo que viola alguna de las dos leyes (1a y 2a)
MMP1
No se sabe de alguna que haya funcionado a pesar de diversos intentos por crear nuevas
MMP2
7. PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
Proceso reversible
Proceso irreversible
ocurren en cierta dirección y no se pueden revertir por si mismos de forma espontánea y restablecer el sistema
Es un proceso idealizado
un proceso que se puede invertir sin dejar ningun rasto en los alrededores
HOME
"Los ciclos más eficientes en una máquina térmica son los reversibles"
Ciclo de Carnot
El ciclo reversible más conocido y es el más eficiente
HOME
Máquina Térmica de Carnot
La Máquina Térmica de Carnot
Ecuaciones utilizadas
- Escala Termodinámica de Temperatura
- Eficiencia Térmica de cualquier máquina térmica (reversible o irreversible)
- Eficiencia de Carnot
- Calidad de la energía
- El refrigerador de Carnot y la bomba de calor: COP
Ejemplo
¿Calidad vs cantidad?
Ejemplo 2
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SEGUNDA -LEY
Eder Pável Santiago
Created on April 20, 2020
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TERMODINÁMICA
INTRODUCCIÓN
ENUNCIADO DE KELVIN PLANCK
ENUNCIADO DE CLAUSIUS
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
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V. Segunda Ley de la Termodinámica
CICLO DE CARNOT
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REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
MÁQUINAS TÉRMICAS
MÁQUINAS DE MOVIMIENTO PERPETUO
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01 INTRODUCCIÓN
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Satisfacer la 1ª Ley no asegura que un proceso tenga lugar, se tiene que satisfacer también la 2ª Ley:
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01 INTRODUCCIÓN
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DEPÓSITOS DE ENERGÍA TÉRMICA
Cuerpo hipotético que posee un capacidad de energía térmica relativamente grande (m*Ce) que puede suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin experimentar ningún cambio de temperatura. No tiene que ser grande
Es posible modelar un sistema de dos fases como un depósito.
depósitos de calor
5.1 Fuentes de Calor
5.2 Máquinas, bombas térmicas y refrigeración
02 MÁQUINAS TÉRMICAS
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CONTACT
Características
Convertir calor en trabajo requiere de dispositivos especiales llamados máquinas térmicas.
Fluido de trabajo
Las máquinas térmicas también incluyen dispositivos que operan en un ciclo mecánico pero no en uno termodinámico.
El dispositivo productor de trabajo que mejor se ajusta a la definición de una máquina térmica es la central eléctrica de vapor.
Eficiencia térmica
2. Tasa de consumo de combustible de un automóvil
Un motor de automóvil con una salida de potencia de 65 hp tiene una eficiencia térmica de 24 por ciento. Determine la tasa de consumo de combustible de este automóvil si el combustible tiene un poder calórico de 19 000 Btu/ lbm (es decir, 19 000 Btu de energía se liberan por cada lbm de combustible quemado).
Respuesta
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Datos
EJERCICIOS
1. Producción de potencia neta de una máquina térmica
Se transfiere calor a una máquina térmica desde un horno a una tasa de 80 MW. Si la tasa de rechazo de calor hacia un río cercano es 50 MW, determine la salida de potencia neta y la eficiencia térmica para esta máquina térmica.
Datos
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03 ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK
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incluso bajo condiciones ideales una máquina térmica simple debe rechazar algo de calor hacia un depósito que se encuentra a baja temperatura con la finalidad de completar el ciclo
Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo.
Ninguna máquina térmica puede convertir todo el calor que recibe en trabajo útil.
Para funcionar la máquina debe intercambiar calor con un sumidero de baja T y una fuente de alta T.
Ninguna máquina termica puede tener eficiencia del 100%
¿Por qué ésta máquina no cumple con el enunciado de Kelvin-Plack?
5.3 Transformaciones cíclicas monotermas
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04 REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
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REFRIGERADORES
BOMBAS DE CALOR
3. Rechazo de calor mediante un refrigerador
Datos
El compartimiento para comida de un refrigerador se mantiene a 4 °C al extraer calor de éste a una tasa de 360 kJ/min. Si la entrada de potencia requerida al refrigerador es de 2 kW, determine : a) el coeficiente de desempeño del refrigerador y b) la tasa de rechazo de calor hacia la habitación que aloja al refrigerador.
RESPUESTA
4. Calentamiento de una casa mediante una boba de calor
Datos
Se utiliza una bomba de calor para satisfacer los requerimientos de calefacción de una casa ymantenerla a 20 °C. Se estima que la casa pierde calor a una tasa de 80 000 kJ/h en un día en el que la temperatura del aire exterior desciende a -2 °C. Si la bomba de calor en estas condiciones tiene un COP de 2.5, determine a) la potencia consumida por la bomba de calor y b) la tasa a la que se extrae calor del aire frío exterior.
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05 ENUNCIADO DE CLAUISIUS
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EQUIVALENCIA DE LOS DOS ENUNCIADOS
REFRIGERADOR DE CLAUSIUS
Rudolf Julius Emmanuel Clausius
El enunciado establece simplemente que un refrigerador no puede operar a menos que su compresor sea propulsado mediante una fuente de energía externa, como un motor eléctrico
Refrigeradores o bombas de calor
Estos enunciados son equivalentes en sus consecuencias, y se puede usar cualquiera como expresión de la segunda ley de la termodinámica. Cualquier dispositivo que viole el enunciado de Kelvin-Planck también viola el de Clausius, y viceversa.
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06 MÁQUINAS DE MOVIMIENTO PERPETUO
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Cualquier dispositivo que viola alguna de las dos leyes (1a y 2a)
MMP1
No se sabe de alguna que haya funcionado a pesar de diversos intentos por crear nuevas
MMP2
7. PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
Proceso reversible
Proceso irreversible
ocurren en cierta dirección y no se pueden revertir por si mismos de forma espontánea y restablecer el sistema
Es un proceso idealizado
un proceso que se puede invertir sin dejar ningun rasto en los alrededores
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"Los ciclos más eficientes en una máquina térmica son los reversibles"
Ciclo de Carnot
El ciclo reversible más conocido y es el más eficiente
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Máquina Térmica de Carnot
La Máquina Térmica de Carnot
Ecuaciones utilizadas
Ejemplo
¿Calidad vs cantidad?
Ejemplo 2
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