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Máquinas Térmicas: Eficiencia, Refrigeración y Combustión, Transcripciones de Termodinámica

Apuntes y hojas de lectura, balotario

Tipo: Transcripciones

2020/2021

Subido el 22/01/2023

Michael_Hebran_33
Michael_Hebran_33 🇵🇪

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FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL
BALOTARIO DE EXAMEN FINAL. CURSO DE TERMODINAMICA
DOCENTE: Ing. QF Miguel A. Valdivia C.
1. Características de una maquina térmica y su eficiencia
Permiten tomar energía y transformarla a trabajo
Sistema que trabaja de forma cíclica
Reciben calor de una fuente a temperatura alta
Convierten parte de este calor que reciben en trabajo
Rechazan calor a un sumidero de baja temperatura (atmósfera)
Su sistema soporta tranformaciones de presiom, temperatura y volumen.
La eficiencia térmica es la fracción de la entrada de calor que se convierte en trabajo neto en otras
palabras el rendimiento o eficiencia de una máquina térmica es la relación entre la energía que
deseamos obtener de dicha máquina (trabajo realizado) y la energía consumida en su
funcionamiento (energía suministrada).
2. Como explicaría el cumplimento de la 1a ley de la termodinámica en una central hidroeléctrica
Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee el agua de un
canal en desnivel. Su caída, pasa por el caudal de una turbina hidráulica la cual transmite a través
de paletas movimiento a su eje de rotación y este movimiento a través de fricción entre sus
componentes internos provocan un campo electromecánico que es utilizado para generar energía
eléctrica que posteriormente es almacenada para su uso.
3. Fundamento de operación de refrigeración y aire acondicionado
ambos
transfieren energía térmica desde una fuente fría a otra más caliente, en otras palabras para
producir frío lo que se hace es extraer y transportar calor de un lugar a otro como el ambiente u otro
sumidero, asi el el lugar que se le sustrae el calor se enfría.
PARA REFRIGERADORA
El refrigerante entra al compresor como vapor y se comprime hasta la presión del condensador
Sale del compresor a T alta, se enfría y se condensa en el condensador, rechaza calor al ambiente
Entra al tubo capilar donde cae la presión y T
El refrigerante ingresa al evaporador y se evapora
El ciclo se completa cuando sale del evaporador y vuelve a ingresar al compresor
Para aire acondicionado
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¡Descarga Máquinas Térmicas: Eficiencia, Refrigeración y Combustión y más Transcripciones en PDF de Termodinámica solo en Docsity!

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

BALOTARIO DE EXAMEN FINAL. CURSO DE TERMODINAMICA

DOCENTE: Ing. QF Miguel A. Valdivia C.

  1. Características de una maquina térmica y su eficiencia Permiten tomar energía y transformarla a trabajo

Sistema que trabaja de forma cíclica

Reciben calor de una fuente a temperatura alta Convierten parte de este calor que reciben en trabajo Rechazan calor a un sumidero de baja temperatura (atmósfera) Su sistema soporta tranformaciones de presiom, temperatura y volumen. La eficiencia térmica es la fracción de la entrada de calor que se convierte en trabajo neto en otras palabras el rendimiento o eficiencia de una máquina térmica es la relación entre la energía que deseamos obtener de dicha máquina (trabajo realizado) y la energía consumida en su funcionamiento (energía suministrada).

  1. Como explicaría el cumplimento de la 1a ley de la termodinámica en una central hidroeléctrica Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee el agua de un canal en desnivel. Su caída, pasa por el caudal de una turbina hidráulica la cual transmite a través de paletas movimiento a su eje de rotación y este movimiento a través de fricción entre sus componentes internos provocan un campo electromecánico que es utilizado para generar energía eléctrica que posteriormente es almacenada para su uso.
  2. Fundamento de operación de refrigeración y aire acondicionado ambos transfieren energía térmica desde una fuente fría a otra más caliente, en otras palabras para producir frío lo que se hace es extraer y transportar calor de un lugar a otro como el ambiente u otro sumidero, asi el el lugar que se le sustrae el calor se enfría. PARA REFRIGERADORA El refrigerante entra al compresor como vapor y se comprime hasta la presión del condensador Sale del compresor a T alta, se enfría y se condensa en el condensador, rechaza calor al ambiente Entra al tubo capilar donde cae la presión y T El refrigerante ingresa al evaporador y se evapora El ciclo se completa cuando sale del evaporador y vuelve a ingresar al compresor Para aire acondicionado

Un frigorífico o un aparato de aire acondicionado son ejemplos de refrigeradores. Ambos operan sobre el mismo principio. Un compresor eleva la temperatura del fluido de trabajo a base de realizar trabajo sobre él. El fluido, a temperatura superior a la ambiente, es puesto en contacto con éste mediante un intercambiador (una rejilla,p.ej.), liberando calor | Qc |. El fluido enfriado, pasa por una válvula de expansión, donde su temperatura cae por debajo de la del foco frío. Puesto en contacto con este foco (la cámara frigorífica o la habitación), absorbe calor de éste. De ahí vuelve al compresor, recomenzando el ciclo.

  1. Concepto de las afirmaciones de Kelvin-Planck y Clausius en el estudio de una máquina térmica Kelvin-planck

No es posible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de calor de un

cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura.

Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo, reciba calor de un solo de una sola fuente y produzca una cantidad igual de trabajo Es decir una máquina térmica no puede convertir todo el calor que recibe en trabajo útil. Enunciado de Clausius

No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor

procedente de un foco y la conversión de este calor en trabajo

Es imposible construir un dispositivo que, operando cíclicamente, tenga como único resultado el paso de calor de un foco frío a uno caliente. Este enunciado es bastante concreto en cuanto a que hablan de procesos y dispositivos fácilmente interpretables. ponen de manifiesto de forma más clara la validez universal de la segunda ley de la termodinámica

  1. Indicar las características termodinámicas en un refrigerador Transfieren energía térmica desde una fuente fría a otra más caliente 6. Uso del refrigerante Cambia la temperatura cambia de estado

Combustión externa} Se conoce como motor de combustión externa cuando en una máquina térmica la combustión ocurre en el exterior del motor; no hay un block o coraza donde todo ocurra (como en el caso de combust. interna). Son aquellos motores que transforman la energía calórica a energía mecánica, a través del proceso de combustión. La diferencia es que este proceso se lleva a cabo en la parte externa de la máquina, no en el cilindro o la turbina. Generalmente, este proceso se realiza en una caldera , donde se calienta el agua y estando en forma de vapor ejerce la función de fluido activo.

  1. Fases de la combustión interna

admisión, compresión, combustión o explosión o expansión y escape.

Es la base del motor de encendido por chispa: Admisión. Aire y combustible ingresan por la válvula de admisión. Compresión. La mezcla es comprimida y encendida mediante la bujía (chispa) Explosión (combustión). El combustible se inflama y el pistón es empujado hacia abajo Escape. Los gases salen a través de la válvula de escape

  1. Ciclo de diésel y de Otto DIESEL: Funciona muy parecido al ciclo de Otto Es un motor de combustión interna que trabaja por el autoencendido del combustible debido a las altas temperaturas derivadas de la compresión en el cilindro. El combustible se inyecta a la cámara de combustión a gran presión y se mezcla con el aire (700- 900°C) Esta mezcla se inflama muy rápidamente y ocasiona que el gas en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. Trabaja a presión constante y no utiliza bujía (chispa) Admisión: Compresión adiabática (entropía constante). Se proporciona trabajo al sistema. Compresión: Transmisión de calor al sistema a presión constante Explosión: Expansión adiabática (entropía constante). El sistema entrega trabajo. Escape: Transmisión de calor del sistema al medio ambiente a volumen constate, esto ocurre cuando se abre la válvula de escape). Se diferencia del motor de gasolina en usar gasóleo (combustible diesel derivado del petróleo) o biodiesel (a partir de aceites naturales como aceite de girasol o cacahuete) Es muy eficiente en términos termodinámicos, llegan a alcanzar hasta 45% de eficiencia, es uno de los motores más usados desde su creación en diversas aplicaciones. 11% más eficiente cuando se compara con el ciclo Otto OTTO: La eficiencia de un motor en el ciclo Otto es de 25-30%

Los enfriadores cumplen funciones opuestas a la anterior, empleándose agua y aire como

medios principales de refrigeración.

 Elevar la temperatura de un fluido gracias a otro más caliente.

 Refrescar un fluido empleando otro con menor temperatura.

 Llevar al punto de ebullición a un fluido por la acción de un segundo con

mayor temperatura.

 Condensar gases utilizando fluidos fríos.

 Llevar a ebullición un determinado fluido mientras se condensa otro

gaseoso más caliente.

PROBLEMAS PROPUESTOS

a. Un ventilador industrial que tiene un 20% de eficiencia mecánica, requiere una potencia de 100 W y genera una velocidad de aire de 10 m/s, calcular el caudal de aire que genera por cada segundo b. Un motor de auto con una salida de potencia de 40 hp tiene una eficiencia térmica del 40%. Determine la tasa de consumo de combustible si este tiene un poder calórico de 72 000 kJ/L. Interprete como reducir el consumo de combustible c. El coeficiente de desempeño de una bomba de calor residencial es de 1, calcular el efecto de calentamiento, en kJ/hr, que esta bomba producirá cuando consuma 2 kW de potencia eléctrica d. Una máquina eléctrica de carnot recibe 1500 kJ de calor por ciclo desde una fuente de alta temperatura a 300C y rechaza calor hacia un sumidero de baja temperatura a 25C. Determine la eficiencia térmica de la máquina de Carnot e. El vidrio de la ventana se encuentra a 25C y su área es 1 m2. Si la temperatura del aire exterior es 10C, calcular la energía que se pierde por convección cada segundo f. El refrigerante 22 se va a enfriar con agua en un condensador. El refrigerante entra al dispositivo con un flujo masico de 1kg/min a 2 bar y 50°C y sale a 10°C. El agua de enfriamiento entra a 1bar y 5°C y sale a 35°C. Sin considerar las caídas de presión, determine el flujo masico de agua de enfriamiento requerido