Actividad Trabajo Colaborativo 2

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Básicas Tecnologías e Ingenierías ECTI

Trabajo colaborativo 2. Termodinámica 201015

TERMODINAMICA

MOMENTO INTERMEDIO 2

201015_15

PRESENTADO POR:

NIYIRED SANCHEZ

COD. 33750975

TUTOR:

YAHIR ALFONSO MURCIA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA INGENIERÍA DE ALIMENTOS

Fase 1 (Individual):

Cada estudiante deberá desarrollar de forma individual todos los ejercicios que se listan a continuación, el documento en Word con todos los procedimientos deberá ser colgado en el

foro. De acuerdo al último digito de su número de grupo colaborativo cada estudiante deberá trabajar con los datos asignados en la Tabla 1 que se encuentra al final de este documento.

TABLA 1: Asignación de datos para cada ejercicio de la fase individual de acuerdo al último digito de número de grupo.

Número del grupo: 5

1. El motor de un refrigerador ideal tiene una potencia de 150 W. La temperatura exterior al refrigerador es la asignada a su grupo en la Tabla 1. ¿Cuánto tiempo demorará el refrigerador en congelar 4 kg de agua (paso de

agua líquida a hielo a la temperatura de 0°C), sabiendo que el calor de fusión del hielo es de 80 cal/g?

Datos: Potencia del refrigerador P = 150 W. Temperatura exterior T H= 45 °C. Temperatura en el interior del refrigerador T L=¿ 0°C Masa del agua m=4 kg. Calor de fusión del agua 80 cal/g.

La cantidad de calor que se necesita extraer del agua para que se congele es de:

Calor Q=masa del agua∗calor de fusión del agua+calor para llevarlo a temperatura de congela cion

Q=4000 g∗80 calg

+4000 g∗1 calgK

∗((273+45 )−273)

Q=500 kcal

Para expresar la respuesta en julios usamos la equivalencia:

1kcal=4184 J

Q=500 kcal∗4184 JKcal

Q=2092kJ

Expresado de otra forma

Q=2092kW∗s

Para resolver el problema podemos elegir por el camino de hallar el coeficiente de desempeño, entonces el coeficiente de desempeño del refrigerador es de:

COPR=1

T L−1

COPR=1

45+2730+273

COPR=6.067

Sabemos también que el coeficiente de rendimiento es

COPR=QL

QL= calor requerido para extraer, sabemos que es 2092 kJ .

W =trabajo neto requerido por el refrigerador.

Entonces el trabajo neto es de:

W =2092 kJ6.067

W =344.816 kJ

Expresado de otra forma:W =344.816 kW∗s

Entonces el tiempo que demorara en congelar 4kg de agua es de:

t=344.816W∗s150W

t=2298.775 s

Si sabemos que 1min=60s entonces:

t=38.313 min

2. La capacidad calorífica de un gas viene dada por la ecuación:

Cp=1.45+1.052 X 10−3 T

Siendo T la temperatura en grados Kelvin y las unidades de la capacidad calorífica en calorías/mol*K. Exprese el valor de Cp en función de la temperatura en:

Grados Celsius o centígrados. Grados Fahrenheit. Grados Rankine.

Para resolver este problema citamos las conversiones de temperaturas requeridas:

De kelvin a Celsius :

T (K )=237+T (° C)

Entonces:

Cp=1.45+1.052 X 10−3(237+T (°C))

Cp=1.7371+1.052 X 10−3 T (°C )

De kelvin a Fahrenheit

T ( K )=T (° F )−321.8

+273.15

Cp=1.45+1.052 X 10−3(T (° F )−32

1.8+273.15)

Cp=1.718+5.844 X 10−4 T (° F )

De kelvin a Rankine:

T ( K )=T (° F )−491.671.8

+273.15

Cp=1.45+1.052 X 10−3(T (° F )−491.67

1.8+273.15)

Cp=1.449+5.844 X 10−4 T (° R )

3. Se tiene un proceso isotérmico en el cual hay una transferencia de calor igual a la asignada a su grupo en la Tabla 1, si el proceso ocurre a una temperatura de 650K y se ha determinado que inicialmente el sistema tiene un valor de entropía de 182.5 J/K, calcule el valor de la entropía para el estado final.

Datos:

Proceso isotérmico T=650 K Transferencia de calor de Q=1250 J. Entropía S1=¿182.5J/K

Sabemos que los procesos isotérmicos de transferencia de calor son internamente reversibles, por lo tanto el cambio de entropía de un sistema durante uno de estos procesos puede determinarse al resolver la integral de la ecuación

Se reduce a la ecuación

ΔS=QT

Entonces al reemplazar los valores de Q y T, tenemos:

ΔS=1250 J650 K

ΔS=1.923 JK

Sabemos que:

ΔS=S2−S1

S2=ΔS+S1

S2=1.923+182.5 ( JK

S2=184.423 JK

El valor de la entropía para el estado final es de 184.423 JK

4. Calcule el cambio de entropía durante la fusión de la masa de hielo asignada a su grupo a una temperatura de 32 ºC. Recuerde establecer los tres procesos reversibles que le permiten analizar el proceso global irreversible. (Ver modulo )Datos:

Masa de hielo 6.3 g

Temperatura T = 32 ºC

Calor especifico del agua liquida CP (L)=1 calgK

Calor especifico del agua solida CP (S)=0.5 calgK

El calor latente de fusión del agua es: 79.72 calg

La fusión del hielo a 32 ºC es un proceso irreversible por lo tanto para poder calcular el cambio de entropía se debe establecer una secuencia de procesos reversibles que sean equivalentes a este proceso irreversible. Las siguientes transformaciones expresan esta situación:

El cambio de entropía, ΔS , en el proceso irreversible es igual a la suma de los cambios de entropía en los siguientes procesos:

1. Proceso isobárico reversible2. Fusión de hielo reversible

3. Proceso isobárico reversible

Entonces:ΔS=Δ S1+Δ S2+ ΔS3

Proceso isobárico reversible

Δ S1=mCP (S) ln (T fusion

Δ S1=(6.3 g)(0.5 calgK

) ln ( 273273+32

Δ S1=−0.349 calK

Fusión de hielo reversible

Δ S2=m Δh fusion.

T fusion

Δ S2=(6.3 g)(79.7 cal

Δ S2=1.839 calK

Proceso isobárico reversible

Δ S3=mCP ( L ) ln( TT fusion )

Δ S3=(6.3 g)(1 calgK

) ln (32+273273

Δ S3=0.6983 calK

Entonces:

ΔS=−0.349+1.839+0.6983( calK

ΔS=2.1883 calK

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Autores Puentes Hernán

Título Trabajo isotérmico de Compresión de Gas párr ONU Ideal - Termodinámica - Video 155

Fuente 2.013, 09/12/15, https://www.youtube.com/watch?v=heIeSuEpI8M

Autores Alex Vizcaíno

Título Ejercicios Ingeniería Termodinámica Para Examen

Fuente 2.015, 09/12/15, http://es.scribd.com/doc/153834762/Ejercicios-Ingenieria-Termodinamica-Para-Examen

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