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• Daniel Fernandez Rubilar

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Guia de Ejercicios para Certamen 2 Termodinámica 

  1.-  Un  inventor  sostiene  que  ha  desarrollado  una  máquina  que  extrae 25000000 de calorías desde una fuente  a  400K  y  desecha  10000000  de  calorías  a  un  sumidero  a  200K,  y  genera  un  trabajo  mecánico  de  15[kWh].  ¿Invertiría usted dinero para la construcción de esta máquina? ¿ Por qué? ( Dato: 1 caloría = 4.186 Joule)    2.-  Una  máquina  frigorífica  de  rendimiento  igual  a  la  mitad  del  de  una  máquina  reversible,  funciona  entre  dos  depósitos  de  energía  térmica,  uno  a  200K  y el otro a 400K. Si absorbe 600 Joules desde el depósito a baja  temperatura, ¿cuanto calor entregará al depósito a alta temperatura? ​Respuesta: 1800 [J]    3.-  Se  han  desarrollado  ciclos  de  refrigeración  para  calentar  edificios.  Se absorbe calor de la tierra mediante  un  fluido  que  se  mueve por cañerías empotradas, y se entrega calor a una temperatura más alta en el interior  del  edificio.  Si  se  dispusiera  de  una  máquina  de  Carnot  para  esta  operación,  que  funcione  entre  una  temperatura  exterior  de  0°C  y  una  interior  de  25°C. ¿Cuántos kWh de calor deben darse al edificio por cada  kWh de energía eléctrica para hacer funcionar la máquina frigorífica? R ​ espuesta: 11.9 [kWh]    4.-  La temperatura de una heladera eléctrica doméstica es de 0°C, y la temperatura del ambiente que la rodea  es  de  25°C.  El  calor  que  se  filtra  desde  el  exterior  al  interior  de  la  heladera  es  de  8.0 · 106 Joule ,  calor  suficiente  para  fundir  25 kg de  hielo.  Si  la  heladera  opera  en  un  ciclo  de  Carnot,  ¿  cual  sería  la  potencia 

necesaria  (en  Watts)  para  que  la  heladera funcione? Comparar el costo diario a 0.5 $ por kWh con el valor de  25 kg de hielo (10 $ aproximadamente) R ​ espuesta: 8.5 [W]     5.-  Un  horno  puede  suministrar  calor  QH1   a  T H1   y  se 

propone  utilizar  este  calor  para  impulsar  una  máquina  térmica  con  un  rechazo  a  T atmósf era   en  lugar  de  usarlo  directamente  para  calentar  unas  habitaciones.  La  máquina  térmica  acciona  una  bomba  de  calor  que  suministra  calor  QH2  a  T ambiente y que utiliza la atmósfera 

como  fuente  fría.  Determine  la  relación  QH2 /QH1 en  función  de  las  temperaturas.  ¿Es  éste  un  sistema  mejor  que  utilizar  el  horno  para  calentar  directamente  las  habitaciones?   

 

6.-  Sesenta  kilogramos  por  hora  de  agua fluyen por un intercambiador de calor, entra como líquido saturado  a  200  kPa  y  salen  como  vapor  saturado.  El  calor  se  suministra  por  medio  de  una  bomba  de  calor  reversible  que  funciona desde una fuente de baja temperatura a 16°C. Determinar la rapidez con la que se le suministra  trabajo a la bomba de calor. R ​ espuesta: 9.72 [kW]    7.-  En  una  termoeléctrica  se  agregan  1000  Btu/s  a  1200°F  en  la  caldera.  Se  rechazan  580  Btu/s  a  100°F en el  condensador  y  el  trabajo  que  consumen  las  bombas  de  la  planta  es  de  20  Btu/s.  Determinar  la  eficiencia  térmica  de  la  planta.  Suponga  la  misma  transferencia  de  calor  en  la  caldera  y  trabajo  consumido  por  las  bombas  y  calcule  la  potencia  que  la  turbina  podría  generar  si  la  planta  funciona  en  un  ciclo  de  Carnot.  Respuesta: 0.4 y 662.65 [Btu/s]