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PI 216 TERMODINÁMICA PARA INGENIERÍA QUÍMICA I

FIQT-UNI

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA

25/11/2018

PRÁCTICA CALIFICADA N° 03 Apellidos y Nombres: __________________________________________________________________________ Código: __________________________ Firma: __________________________ Nota: ______________________

Resuelva los siguientes problemas: P01 (2 puntos).- Demuestre que es imposible que dos líneas que representan procesos adiabáticos, reversibles en un diagrama PV se intersecten. Sugerencia: Suponga que se cruzan y complete el ciclo con una línea que represente un proceso isotérmico reversible. Demuestre que el desempeño de este ciclo viola la segunda ley. P02 (2 puntos).- Un huevo que inicialmente está en reposo se deja caer sobre una superficie de concreto, por lo que se rompe. Demuestre que el proceso es irreversible. Al modelar este proceso trate al huevo como un sistema, y suponga que pasa el tiempo suficiente para que el huevo regrese a su temperatura inicial. P03 (2 puntos).- ¿Cuál manera es más efectiva para aumentar la eficiencia térmica de una máquina de Carnot: a) aumentar ܶு con ܶ஼ constante, o b) disminuir ܶ஼ con ܶு constante? Para una máquina real, ¿cuál sería la manera más práctica? P04 (2 puntos).- Demuestre que para un gas ideal se cumple: ௜௚

் οܵ ‫ܶ݀ ܥ‬ ܸ ൌන ௏ ൅ ݈݊ ൬ ൰ ܴ ܸ଴ ்బ ܴ ܶ

P05 (2 puntos).- Para una máquina de Carnot que funciona entre dos depósitos de calor finitos de capacidades caloríficas totales ‫ܥ‬ு௧ y ‫ܥ‬஼௧ . a) Desarrolle una expresión que relacione ܶ஼ con ܶு en cualquier tiempo. b) Determine una expresión para el trabajo producido, que sea función de ‫ܥ‬ு௧ , ‫ܥ‬஼௧ , ܶு y las temperaturas iniciales ܶு଴ y ܶ஼଴ Ǥ c) Calcule el trabajo máximo obtenible. Esto corresponde a un tiempo infinito, cuando los depósitos alcanzan la misma temperatura. P06 (2 puntos).- Suponga que una corriente de fluido en estado estacionario sirve como una fuente de calor para un conjunto infinito de máquinas de Carnot, cada una de las cuales absorbe una cantidad diferencial de calor desde el fluido, causando que la temperatura disminuya en una cantidad diferencial; además, cada una disipa una cantidad diferencial de calor a los depósitos a temperatura ܶఙ . Como resultado de la operación de las máquinas de Carnot, la temperatura del fluido disminuye de ܶଵ a ܶଶ. Sabiendo que la eficiencia térmica ߟ para este caso se define en forma diferencial, ߟ ‫ݓ݀ ؠ‬Τ݀ܳ, donde ܳ es la transferencia de calor con respecto al fluido que circula. Demuestre que el trabajo total de las máquinas de Carnot se conoce por: ܹ ൌ ܳ െ ܶఙ οܵ, donde οܵ y ܳ se refieren al fluido. P07 (2 puntos).- Una masa ݉ de agua líquida a temperatura ܶଵ se mezcla de manera adiabática e isobárica con una masa igual de agua líquida a temperatura ܶଶ. Suponiendo ‫ܥ‬௣ constante, demuestre que ሺܶଵ ൅ ܶଶ ሻΤʹ ቉ οܵ ௧ ൌ οܵ௧௢௧௔௟ ൌ ܵீ ൌ ʹ݉‫ܥ‬௣ ݈݊ ቈ ሺܶଵ ܶଶ ሻଶ y demuestre que este valor es positivo. ¿Cuál sería el resultado si las masas de agua fueran diferentes, digamos ݉ଵ y ݉ଶ ?

© 2018 Neil Carrasco, Lima - Perú

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25/11/2018

P08 (2 puntos).- Se sabe que los procesos adiabáticos reversibles son isentrópicos. ¿Son los procesos isentrópicos necesariamente reversibles y adiabáticos? Si es así, explique por qué; si no, dé un ejemplo ilustrativo. P09 (2 puntos).- Para los equipos de proceso comúnmente utilizados en la industria: a) columna de destilación, b) intercambiador de calor, c) bomba, d) compresor, y e) turbina: Desarrolle la forma simplificada del balance de entropía general más apropiada para la operación en estado estacionario de cada uno de estos equipos. Exprese cuidadosamente y justifique las suposiciones que usted haga. P10 (2 puntos).- Una corriente de un gas entra a un proceso adiabático a condiciones ܶଵ, ܲଵ , y sale a presión ܲଶ . Demuestre que la temperatura de salida ܶଶ para el proceso adiabático real (irreversible) es mayor que para el proceso adiabático reversible. Suponga que el gas es ideal con capacidades caloríficas constantes.

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