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Contenido

Aclaración   III

1. Procesos de transformacíon de la enerǵıa y su análisis 2

1.1. Representacíon de sistemas termodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2. Representacíon de sistemas termodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Primera ley de la termodinámica 6

2.1. Trabajo volumétrico con gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2. Equilibrio térmico (T ) y mecánico ( p) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3. Eficiencia térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.4. Primera ley para sistemas cerrados y aislados . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5. Primera ley para para sistemas cerrados y aislados . . . . . . . . . . . . . . 17

3. Segunda ley de la termodinámica 18

3.1. Coeficientes de operación y exerǵıa del calor . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Bibliograf́ıa 20

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3 Segunda ley de la termodinámica

3.1. Coeficientes de operación y exerǵıa del calor

Una bomba de calor recibe calor del exterior a una temperatura constante de  T 0 = 285 K

(temperatura ambiente) y proporciona un flujo de calor útil de  Q̇1  = 3 kW a una tem-

peratura de calentamiento de T 1 = 345 K. Para el funcionamiento de la bomba se empleaun motor eléctrico que mueve el compresor de la misma.

Se solicita:

1. Calcular la potencia para el funcionamiento de la bomba de calor cuando el coefi-

ciente de operación de ésta es del 50 % del coeficiente de operación máximo posible

para un proceso de bomba de calor, que trabaja entre las temperaturas  T 0  y  T 1.

2. Determinar la transferencia de exerǵıa que acompaña a la transferencia de calor,

tanto para el calor tomado del ambiente como para el entregado a la habitaciónacondicionada.

Solución

1. Una bomba de calor de Carnot funcionando entre los dos niveles de temperatura

indicados tiene el máximo desempeño posible:

β BC  =  1

1− T 0/T 1 = 5, 75 (3-1)

Por lo tanto, el coeficiente de operación de la bomba de calor es:

β BC  = 0, 5β BCmax = 2, 875 (3-2)

donde:

β BC  =  utilidad

requerimiento =

Q̇1

Ẇ neto,ent(3-3)

Ẇ neto,ent  = 1, 04 kW

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3.1 Coeficientes de operación y exerǵıa del calor 19

2. El flujo de exergı́a que acompaña a la transferencia de calor es:

Para el calor que ingresa al sistema a la temperatura ambiente:

ĖxQ,0 =

1−

 T 0T 0

 Q̇0 = 0,   (3-4)

y para el calor que se entrega a la habitación:

ĖxQ,1 =

1−

 T 0T 1

 Q̇1 = 0, 5217 kW,   (3-5)

lo que indica que el flujo de calor ha ganado capacidad para hacer trabajo debido alincremento de la temperatura.

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Bibliograf́ıa