TRABAJO COLABORATIVO 2

GRUPO No. 201015_102

SANDRA MILENA ALVARADO CUENCA – 1.082.214.300

MIGUEL ANGEL CADENA – 1.073.323.555

YESIKA MARINA ESPAÑA – 1.080.184.868

CARLOS MAURICIO SARMIENTO – 1.082.858.755

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

2013

CONTENIDO

Página

INTRODUCCIÓN....................................................................................................31. OBJETIVOS........................................................................................................41.1 Objetivo General................................................................................................41.2 Objetivos Específicos.........................................................................................42. CINCO SISTEMAS TERMODINÁMICOS EN EL HOGAR O EMPRESA EN DONDE TRABAJA .................................................................................................53. CONSUMO DE GASOLINA, GAS O DIESEL DE UN AUTOMÓVIL, POR KILOMETRO RECORRIDO ……………………………………………………………..84. PARA UNA NEVERA REAL…………………………………………………………11CONCLUSIONES………………………………………………………………………..13BIBLIOGRAFÍA.....................................................................................................14

INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo estaremos aplicando la segunda ley de la termodinámica ya que es una de las leyes más importantes de la física. En la primera ley nos dicen que la energía se conserva, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley.

En este trabajo se refleja los conceptos tratados en el módulo de termodinámica correspondiente a la unidad dos aplicaciones y ciclos y unidad uno primera ley de la termodinámica, se describe de manera explicativa el consumo de combustible de un automóvil, al igual que se referencia sus sistema concebido entorno a los ciclos presentes, de la misma forma se evalúa y determina el proceso termodinámico de una nevera, así como se describe los cálculos correspondientes al elaborar un producto. Es importante recalcar la entropía como la medida de la termodinámica que representa la fracción de la energía en un sistema que no está disponible para realizar o llevar a cabo un trabajo específico, entendida como la energía que tiende a fluir desde el punto de mayor concentración al de menor hasta establecer su uniformidad, todo esto comprensible en la elaboración de los 10 ejemplos propuestos en el trabajo colaborativo uno

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1. OBJETIVOS

a. Objetivo General

Aplicar los conocimientos adquiridos de la unidad 2 del módulo Termodinámica a los

ejercicios designados por el tutor con respecto a los temas ley dos de termodinámica y

aplicaciones de la misma.

b. Objetivos Específicos

1. Aplicar la termodinámica por medio de ejercicios y resolverlos paso a paso.

2. Determinar los ciclos termodinámicos que se dan en un sistema como lo es la nevera.

3. Establecer el consumo de energía y potencia para el sistema termodinámico denominado como la nevera.

4. Describir el proceso termodinámico en la elaboración de un producto determinado su consumo y cálculos correspondientes.

5. Profundizar en la segunda ley de termodinámica y aplicaciones de la misma.

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2. CINCO SISTEMAS TERMODINÁMICOS EN EL HOGAR O EMPRESA EN DONDE TRABAJA

Sistema termodinámico1: Calentador para baño: 22 amperios en 110v y 11 amperios en 220vProceso: isobárico

P = V * I = T / t:T = V * I * t = 110 V * 22 A * 1 hr = 2420 Watt*hrO lo que es lo mismo

2420w .h 3600 s1h

=8712000 J

Debemos definir entonces una temperatura promedio de

∆ S=QT

∆ S=8712kJ298 K

=29.23 kJK

Sistema termodinámico 2: Tengo una plancha que consume 1100 watts. Para calcular el consumo energético en 2 hora tenemos que:Proceso: isocorico

La potencia real (P) es 1100 watts.La energía (E) es la potencia consumida por el tiempo (t) así:

E= P x tE= 1100 watts * 2 hora E= 1.1 Kw * 2 horaE= 2.2 Kw/hO lo que es igual

2.2kwh∗3600 seg=7920 J

De tal manera que la entropía es: ∆ S=QT

∆ S=7.920kJ33K

=26.13 kJK

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Sistema termodinámico 3: Un gas tiene3.8 moles y se encuentra a 39.7 pase expande isotérmicamente ocasionando un cambio de entropía de14,6J/ la presión final de este gas en Kpa es:Proceso: isotérmico

Wab = n.R.T.cal.In (V 1V 2 )

Δ s=−ηRLn( P1P2 )→e Δs

−nR=( p1

p2 )→ p1=p1( Δ s−nR )2=

(39,7kpa) e14,6 j /k

(3,8 ) (8,32 ) kj /molk

P2 = 25kpa y 63 Kpa se es positivo

Sistema termodinámico 4: Tengo una aspiradora que tiene como potencia: 3 amperios en 110v y 1.5 amperios en 220v. La utilizo en 110v

Si aspiro la casa durante una hora tenemos que: La potencia es igual al voltaje por la intensidad que también es igual al trabajo o energía consumida entre el tiempo y quedaría de la siguiente manera:Proceso: isobárico

P = V * I = T / t

De aquí despejamos el trabajo o la energía consumida:T = V * I * t = 110 V * 3 A * 1 hr = 330 Watt*hrO lo que es igual

330kwh∗3600 seg=1188kJ

De tal manera que la entropía es

∆ S=QT

∆ S=1188 kJ298 K

=3.98 kJK

Sistema termodinámico 5: Un aire tiene una relación de comprensión e2.9 la eficiencia de un ciclo Otto se mide con la formula

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η= 1 - ‡−γ donde Cp aire = 33,08 kjkmo /k y

Proceso: isocorico

CV 23,64 kjkmo /k

aire→ 33,0823,64= 1,4 aire. La eficiencia del ciclo es:

Solución:

η= 1- (2,9 )1−1,4 = 34,68 la eficiencia es 34,68%

2. CONSUMO DE GASOLINA, GAS O DIESEL DE UN AUTOMÓVIL, POR KILOMETRO RECORRIDO

PARA CALCULAR EL CONSUMO DE GASOLINA DE UN CARRO:

Galón de gasolina 9000 pesos1 galón = 3.78 litrosRecorre 800 km = 16 galones de gasolina1 Galón cuesta 9000 * 16 = 144.000 pesos.16 ga∗3 . 78 Li

1ga=60 .5 litrosdeg asolina .

El consumo de un carro se mide en la media de litros consumidos cada 100 Km.Se divide 144.000/800 = 180 kilómetros Si en 800 km se gastan 144.000 pesos, en 100 km, se gastan.144.000 * 100 / 800= 18.000 pesos.Si 1 galón de gasolina cuesta 9000/3.78 = 2.380 pesos. Con 18.000 pesos pago:18.000 * 1 / 2380 = 7.56 litros de gasolinaEsto quiere decir que por cada 100 km que se recorren, se gastan 7.56 litros de gasolina que equivale a 2 galones de gasolina ósea a 18.000 pesos.

CALCULAR EL CONSUMO EN DIESEL:

Galón de Diesel 8.400 pesos1 galón = 3.78 litrosRecorre 800 km = 17 galones de Diesel1 Galón cuesta 8.400 * 17 = 142.800 pesos.17 ga∗3 .78 Li

1ga=62.9 litrosdeg asolina .

El consumo de un carro se mide en la media de litros consumidos cada 100 Km.Se divide 142.800/800 = 178.5 kilómetros Si en 800 km se gastan 142.800 pesos, en 100 km, se gastan.142.800 * 100 / 800= 17.850 pesos.

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Si 1 galón de Diesel cuesta 8.400/3.78 = 2.222 pesos. Con 17.850 pesos pago:17.850 * 1 / 2.222 = 8.033 litros de Diesel

Esto quiere decir que por cada 100 km que se recorren, se gastan 8.033 litros de Diesel que equivale a 2.13 galones de Diesel ósea a 17.892 pesos.

CALCULAR EL CONSUMO EN GAS NATURAL VEHICULAR:

De Neiva a Bogotá hay una distancia de 326 Km La camioneta Nissan a Gas, consume 1m3 por cada 11 Km.Se realizaría una regla de 3, para encontrar el consumo de Gas.X --------- 326 Kilómetros1m3 --------- 11 Kilómetros

29.6 1m3 de gas.1 m3 equivale a 1.000 litros(29.6) *(1.000) = 29.600 litros de Gas

DETERMINE LOS CICLOS QUE SE ESTÁN DANDO AL INTERIOR DE UN VEHÍCULO:

AUTOMOVIL:

El ciclo ideal del motor de encendido por chispa es el ciclo Otto, y está representado gráficamente en la figura, tanto en coordenadas P-V como en coordenadas T-S. Las transformaciones termodinámicas que se verifican durante el ciclo son:

1-2 Adiabática isentropica (sin intercambio de calor con

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el exterior). Compresión del fluido activo y correspondiente al trabajo L1 realizado por el pistón.2-3 A volumen constante. Introducción instantánea del calor suministrado Q1.3-4 Adiabática. Expansión y correspondiente trabajo L2 producido por el fluido activo.4-1 A volumen constante. Sustracción instantánea del calor Q2.

En realidad, en los motores de 4 tiempos, la sustracción del calor se verifica durante la carrera de escape 1-0, y el fluido se introduce en el motor en la carrera de aspiración 0-1, lo cual se representa gráficamente en el diagrama P-V mediante una línea horizontal, mientras que en el diagrama  T-S no es posible representarlo. Los efectos de ambos procesos se anulan mutuamente, sin ganancia ni pérdida de trabajo, razón por la cual no suelen considerarse en los diagramas ideales en coordenadas P-V las carreras de aspiración y escape, y el ciclo Otto está representado como un ciclo cerrado,  en el cual el fluido activo vuelve a su estado inicial cuando llega a su término la fase de expulsión del calor 4-1.

El consumo de gasolina de un automóvil depende del tipo de automóvil que se esté analizan donde influyen muchas variables, desde la eficiencia y tipo de motor hasta su demanda requerida de potencia, sin embargo un buen valor de consumo es de 40 kilómetros por galón

Entre el ciclo indicado y el ciclo teórico correspondiente existen diferencias sustanciales tanto en la forma del diagrama como en los valores de temperaturas y presiones.

La diferencia de forma consiste en un perfil distinto en las curvas de expansión y compresión, en la sustitución de los trazos rectilíneos de introducción y sustracción del calor por trazos curvos y el redondeamiento de los ángulos agudo. Las causas de tales diferencias se fundan en las siguientes razones: Perdidas de calor, combustión no instantánea, tiempo de abertura de la válvula de escape entre otros.

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3. PARA UNA NEVERA REAL

Este Dispositivo de refrigeración que produce refrigeración operan utilizando el ciclo de compresión de vapor (CICLO DE CARNOT INVERTIDO). Algunos ejemplos de dispositivos de refrigeración son las bombas de calor, refrigeradores, aparatos de aire acondicionado automotriz y residencial, todos estos dispositivos tienen una cosa en común, reducir la temperatura de un ambiente cerrado.

El sistema de ciclo inverso es aquel que absorbe calor de un cuerpo frio relativamente para cederlo a otro más caliente, sin violar la segunda ley, pero por virtud de un trabajo de entrada.

Además de su bien conociendo empleo en la preservación de alimentos, en la producción de hielo y en los sistemas de aire acondicionado.

El ciclo inverso frigorífico o de refrigeración tiene muchas otras aplicaciones industriales, como la elaboración del caucho frio en los procesos de refinación del petróleo, fabricación de productos químicos, entre otros.

El refrigerado circula en una instalación frigorífica de compresión en un ciclo cerrado con las siguientes cuatro estaciones:1. Evaporación 12. Compresión 23. Condensación 34. Expansión 4

La generación de frio se produce en el evaporador. La evaporación se produce con presiones y temperaturas bajas, el refrigerante absorbe calor del entorno, enfriándolo de este modo.

El vapor refrigerante todavía frio es aspirado por un compresor y mediante la utilización de energía mecánica se aumenta su presión, a través de la compresión, el vapor refrigerante se calienta, se enfría en un condensador y se condensa bajo la emisión de calor en el entorno.

Después, el refrigerante liquido bajo presión se expande de nuevo en un elemento de expansión con la baja presión de evaporación y se conduce al evaporador, el refrigerante se vuelve a evaporar y se finaliza así el ciclo

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Se tiene que la expresión más simplificada para la eficiencia es:

n=1−T f

Tc

Teniendo en cuenta que la T1 es la temperatura ambiente y T2 una temperatura de aproximadamente 4 °C

n=1− 420

=0.8

El refrigerador de mi hogar indica que utiliza 500 W, si tomamos 9 horas diarias, podemos calcular el consumo mensual y lo que me cuesta

potencia=500W 1kW1000W

=0.5kW

consumo mensual=0.5kW∗240horas=120 kWh

Teniendo esto, su precio es de

272.14 pesoskWh

120kWh=32656 pesos

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CONCLUSIONES

1. La Segunda ley y aplicaciones de la termodinámica nos permiten dar respuesta al vació e incomprensión que deja la primera ley con respecto a los sistemas irreversibles los cuales son prácticamente ignorados, con la segunda ley aparece un nuevo termino llamado eficiencia y rendimiento térmico, estos dos términos son muy importante para la industria por que permiten determinar cuál es el rendimiento de una maquina térmica ya sea un refrigerador o una bomba de calor obteniendo así información acerca del proceso termodinámico y por ende la modificación o el diseño de un refrigerador o bomba de calor óptimo.

2. Se pudo que la energía sólo puede ser convertida en trabajo cuando, dentro del sistema concreto que se esté utilizando, la concentración de energía no es uniforme. La energía tiende entonces a fluir desde el punto de mayor concentración al de menor concentración, hasta establecer la uniformidad. La obtención de trabajo a partir de energía consiste precisamente en aprovechar este flujo. Por último el principio más fundamental de esta ley es la experimentación práctica ya que de ahí provienen dos de los postulados base de esta ley.

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BIBLIOGRAFÍA

1. Múnera, R. (2009). Termodinámica. Palmira: Universidad Nacional Abierta y a Distancia.

2. SMITH, J.M.; VAN NESS, H.C. (1982). Introducción a la termodinámica en Ingeniería química. México: Mc Graw Hill.

3. SHAVIT, A.; GUTFINGER, C. (1995). Thermodynamics, from concepts to applications. Londres: Prentice Hall.

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