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EJERCITARIO - CICLO DE CARNOT
2014
1. Muestre el ciclo de Carnot en un diagrama T – S e indique las áreas que representan el calor añadido Q1, el calor desechado Q2 y la salida de trabajo neto Wneto,sal en el diagrama. 2. ¿Cuál es la diferencia entre un refrigerador y una bomba de calor? 3. ¿Qué es la eficiencia de la segunda Ley?. ¿Cómo difiere de la eficiencia de la primera Ley?. L ey?. 4. ¿Cuál es el ciclo de funcionamiento de una máquina térmica a vapor con el Ciclo de Carnot? ¿Cuáles son las deficiencias? 5. En ausencia de cualquier fricción y otras irreversibilidades. ¿Una máquina térmica puede tener una eficiencia de 100%?. 6. Una máquina térmica con una eficiencia térmica de 100 por ciento viola necesariamente, a ) la primera ley de la termodinámica; b) la segunda ley de la Termodinámica. 7. Demuestre que COP bomba de calor = COPrefrigerador + 1, teniendo en cuenta que tienen los mismos valores de Q1 y Q2. 8. Considere dos habitaciones idénticas, una con un refrigerador dentro y otro sin refrigerador. Si todas las puertas y ventanas se encuentran cerradas, ¿la ¿la habitación que tiene el refrigerador estará más fría o más caliente que la otra que no lo tiene? ¿Porqué?.
9. ¿Hay alguna forma de aumentar la eficiencia de una máquina térmica de Carnot aparte de incrementar la temperatura temperatura de la fuente “caliente” y disminuyendo la temperatura de la fuente “fria”?. 10. ¿Es posible desarrollar un ciclo de máquina térmica reversible, que sea más eficiente que un ciclo de Carnot que opera entre los mismos límites límites de temperatura?. 11. ¿Qué representa el área debajo de la curva del proceso sobre un diagrama T – S. 12. ¿Cuáles son los cuatro procesos que componen compo nen el ciclo inverso de Carnot?. Grafique 13. Si una máquina térmica y un refrigerador de Carnot funcionan entre dos depósitos de temperatura a 500 K y 1000 K. ¿Cuál será el calor desechado por el refrigerador al depósito de mayor temperatura, teniendo en cuenta que funciona con el trabajo recibido de la máquina térmica y que la máquina térmica funciona convirtiendo 100 joules de calor en trabajo?. 14. Una máquina de Carnot opera entre dos reservorios térmicos a 100°C y O°C. Qué cantidad de trabajo puede producir por cada 1000 J de calor absorbido desde la fuente caliente. 15. Una máquina de carnot opera entre dos fuentes a 100°C y una temperatura T °C. ¿Cuál es el valor de la temperatura en la fuente fría si el trabajo producido por cada 1.000 Joules de calor absorbido de la fuente caliente es de 268 Joules?. 16. Una máquina térmica de Carnot recibe calor a 750 K y libera calor de desecho al ambiente a 300 K. La salida de trabajo total de la máquina térmica se usa para accionar a un refrigerador de Carnot que extrae el calor de un espacio enfriado a –15 °C a una relación de 400 KJ/min y lo regresa al ambiente a 300 K. Determine: a) la relación de calor suministrado a la máquina térmica y b) la relación total de calor desechado al ambiente.
17. En el ciclo de la figura que describe un gas ideal monoatómico Calcular el valor de las variables termodinámicas desconocidas en los vértices A, B y C. Hallar de forma directa el trabajo en cada etapa. El calor, la variación de energía interna y la variación de entropía en cada etapa del ciclo. (Expresar en Joules). Hallar el rendimiento del ciclo. R=0,082 atm l/(ºK mol); 1 cal = 4,186 J. 1 atm = 1,013 10 5 Pa • • •
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18. Se transfiere calor a una máquina térmica desde un horno a una relación de 80 MW. Si la relación de liberación de calor de desecho a un río cercano es de 50 MW, determine: a) la salida de potencia neta y b) la eficiencia térmica para ésta máquina. 19. Una máquina térmica de Carnot opera entre una fuente a 1000 ºK y un sumidero a 300 durante un ciclo. Convierte 150 KJ del calor tomado de la fuente de alta temperatura en trabajo neto y desecha los restantes 450 KJ en un sumidero de baja temperatura a 300ºK. Determine a) la eficiencia térmica, b) su salida de potencia, y si la máquina térmica viola la segunda ley de la termodinámica con base c) la desigualdad de Claussius y d) el principio de Carnot. 20. Considere dos máquinas térmicas de Carnot operando en serie. La primera recibe calor del depósito a 1200 °K y entrega calor de desecho a otro depósito a temperatura T . La segunda máquina recibe ésta energía rechazada por la primera, convierte una parte de ella en trabajo y entrega el resto a un depósito a 300 °K. Si las eficiencias térmicas de ambas máquinas son iguales, determine la temperatura T .