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unidad 4. segunda ley de termodinamica, Esquemas y mapas conceptuales de Química
Difusión de metano a través de helio que no se difunde. Una corriente de metano gaseoso se difunde en un tubo recto de 0.1 m de longitud que contiene helio a 298 K y a presión total de 1.01325×105 Pa. La presión parcial de CH4 en un extremo es 1.400×104 Pa y en el otro extremo es 1.333×103 Pa. El helio es insoluble en uno de los límites, por lo que es un material en reposo que no se difunde. La difusividad puede encontrarse en la tabla 6.2-1. Calcule el flujo específico de metano en (kg mol/
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
2020/2021
1 / 87
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Unidad 4
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1
Segunda ley de la termodinámica
Primera ley de la termodinámica (^) Principio de conservación de la energía
∆𝑈 + ∆𝐸 𝑘
- ∆𝐸 𝑃
= 𝑄 − 𝑊
𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
Q
Q
2
Segunda ley de la termodinámica
La transferencia de energía tiene una dirección
Para que un proceso ocurra, se debe respetar la primera y la segunda ley de la termodinámica
Conservación de la energía
Dirección
Calidad
Cantidad
Depósito de energía térmica
Cuerpo hipotético que posee una capacidad de energía térmica
relativamente grande (masa x calor específico) que pueda
suministrar o absorber cantidades infinitas de calor sin experimentar
ningún cambio de temperatura
4
Depósito de energía térmica
Segunda ley de la termodinámica
El trabajo se puede convertir fácilmente en otras formas de energía, pero convertir éstas en trabajo no es fácil
Para convertir el calor en trabajo, se
requieren dispositivos especiales
llamados MÁQUINAS TÉRMICAS
5
Segunda ley de la termodinámica
Ahora, vamos a definir el Q entrada
y Q salida
como las magnitudes de calor que entran hacia y salen de la máquina térmica
𝐻
= magnitud de transferencia de calor entre el medio de alta temperatura y el dispositivo cíclico (máquina térmica)
𝐿
= magnitud de transferencia de calor entre el dispositivo cíclico (máquina térmica) y el medio de baja temperatura
Q
H
y Q L
son magnitudes por lo tanto siempre son cantidades positivas
𝑡𝑒𝑟
𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝐻
𝐿
𝐻
Eficiencia térmica: medida de qué tan eficientemente una máquina
térmica convierte el calor que recibe en trabajo
La eficiencia térmica de una máquina térmica siempre es menor a 1
7
Segunda ley de la termodinámica
Ejercicio 1
Una planta termoeléctrica de 600 MW que usa el agua de un río cercano para el proceso de enfriamiento, tiene una
eficiencia térmica de 40 por ciento.
Determine la tasa de transferencia térmica al agua del río
𝑡𝑒𝑟
𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝐻
𝐿
𝐻
8
Segunda ley de la termodinámica: máquinas térmicas
Alta temperatura
Máquina
térmica
Baja temperatura
𝐻
𝐿
𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
(potencia o energía)
Balance de energía
𝐻
𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝐿
5 kg
30 °C
Q
H
200 °C
5 kg
80 °C
W
200 °C
Q
L
Q
L
10
Requisitos turbina:
Vapor sobrecalentado a alta presión
Vapor
sobrecalentado
3 MPa
300 °C
Q H
Caldera
Turbina
Condensador
Bomba
Q L
1
2
3
4
Mezcla
Líquido/Vapor
70 kPa
70 °C
3 MPa
70 - 72 °C
Líquido
saturado
70 kPa
70 °C
Segunda ley de la termodinámica: máquinas térmicas
CENTRAL ELÉCTRICA (Ciclo de Rankine)
Máquinas térmicas:
Conversión de calor en trabajo
Flujo de trabajo:
Agua
11
: Energía para hacer funcionar bomba, caldera, etc…
Segunda ley de la termodinámica: máquinas de refrigeración
5 kg
25 °C
W
5 kg
80 °C
Q
L
Q
L
5 kg
25 °C -^5 °C
Alta presión
Alta temperatura
Alta presión
Temperatura normal
Presión normal
Temperatura
normal
Baja presión
Baja temperatura
1 2 3 4
13
Segunda ley de la termodinámica: máquinas de refrigeración
compresor
Evaporador
/congelador
Válvula de expansión/tubo capilar
Condensador
Máquinas de refrigeración:
Alimentación de trabajo para absorber calor
Flujo de trabajo:
R 134 a
Vapor
Baja presión
1
2
Vapor
Alta presión
Alta temperatura
Líquido
Alta presión
Q H
Medio
ambiente
T
H
Líquido
Baja presión
Muy baja temperatura
Q L
T
L
3
4
14
Segunda ley de la termodinámica: máquinas de refrigeración
compresor
Evaporador
/congelador
Válvula de expansión/tubo capilar
Condensador
Máquinas de refrigeración:
Alimentación de trabajo para absorber calor
Flujo de trabajo:
R 134 a
Vapor
Baja presión
1
2
Vapor
Alta presión
Alta temperatura
Líquido
Alta presión
Q H
Medio
ambiente
T
H
Líquido
Baja presión
Muy baja temperatura
Q L
T
L
3
4
16
Segunda ley de la termodinámica: máquinas de refrigeración
compresor
Evaporador
congelador
Válvula de
expansión
Condensador
Máquinas de refrigeración:
Alimentación de trabajo para absorber calor
Flujo de trabajo:
R 134 a
Vapor
Baja presión
1
2
Vapor
Alta presión
Alta temperatura
Líquido
Alta presión Q H
Medio
ambiente
T H
Líquido
Baja presión
Muy baja temperatura
Q L
T
L
3
4
17
Segunda ley de la termodinámica: máquinas de refrigeración
Calor absorbido por R134a en la evaporación
𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟
3
2
𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛
4
3
Trabajo para la compresión de R134a
Calor liberado por R134a en la condensación
𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑐𝑖ó𝑛
4
1
Coeficiente de rendimiento
𝑅
𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛
Diagrama de Mollier (Ver video)
Segunda ley de la termodinámica: máquinas de refrigeración
1 - ¿Cuál es el objetivo de un refrigerador? Sea lo más explícito posible
2 - Se dice que un refrigerador es capaz de transferir calor de un medio de baja temperatura a un medio de alta
temperatura ¿por qué se dice esto?
20