Nicolas Diaz Tarea4

TERMODINÁMICA
SEMANA 4 SEGUNDA LEY DE TERMODINÁMICA, ENTROPÍA Y

ENERGÍA
Nicolás Abraham Díaz Martínez
06 de febrero 2023
Ingeniería Industrial
DESARROLLO
 Responda fundamentada mente las siguientes interrogantes:
a) Describa un proceso imaginario que viole tanto la primera como la segunda ley de la
termodinámica.
Respuesta:
Podemos describir el proceso de una caída de agua natural, como un salto, cascada, etc. Este
fluye desde su parte superior a una inferior y no se ve disipada su energía, como si le sucede a
la temperatura ambiente. En este proceso podemos apreciar que el cause natural del rio, no
continua su recorrido espontaneo, como que tampoco hay un intercambio de energía en el
medio ambiente, debido a esto, es que se viola la primera y segunda ley de la termodinámica.
b) ¿Cuáles son las dos afirmaciones que se conocen como principios de Carnot?
Respuesta:
1- Al comparar la eficiencia de una maquina térmica irreversible con una reversible, que
opera entre los mismos dos depósitos; la eficiencia de la maquina térmica irreversible
será siempre menor a la de la maquina reversible.
2- En maquinas térmicas reversibles que operan en dos mismos depósitos, sus eficiencias
son iguales.
c) En un refrigerador, el calor se transfiere de un medio de menor temperatura (el espacio

refrigerado) a uno de mayor temperatura (el aire de la cocina). ¿Es ésta una violación de la
segunda ley de la termodinámica? Explique.
Respuesta:
Un refrigerador requiere de una entrada de trabajo para poder transferir calor. Por esto, no
se viola la segunda ley de termodinámica.
 Un almacén de alimentos se mantiene a -12 °C mediante un refrigerador, en un entorno de 30

°C. La ganancia total de calor al almacén se estima en 3300 kj/h, y el rechazo de calor en el
condensador es de 4800 kj/h.
Determine la entrada de potencia al compresor, em kW, y el COP del refrigerante.

Respuesta:
Entrada de potencia al compresor:
W? = QH-QL
W ? =4800 kj /h−3300 kj/h
W ? =1500 kj/h
kj/ h∗1 kw
W ? =1500
3600 kj/h
W = 0,417kW
COP del refrigerante:
QL
COP=
W
3300 kj /h
COP=
1500 kj/h
COP=2.2
 Un refrigerador Carnot absorbe calor de un espacio a 15 °C a razón de 16000 kj/h, y rechaza
calor a un deposito a 36 °C. determine:
a) El COP del refrigerador.

Respuesta:
TL
COP=
TH −TL
288 k
COP= =13,71
( 36−15 ) k
b) La entrada de potencia en kW.

Respuesta:
QL 16000 kj/ h
COP= =
W entrada W entrada
W entrada =1167 kj/h=¿ 0,324 kW
c) La tasa de calor rechazado al deposito de alta temperatura, en KJ/h.

Respuesta:
Q H =QL +W entrada
Q H =16000 kj /h+1167 kj /h
Q H =17,167 kj/h
 Un recipiente rígido bien aislado contiene 3 kg de un vapor húmedo de agua a 200 hPa.
Inicialmente, tres cuartas partes de la masa se encuentra en la fase líquida. Un calentador de
resistencia eléctrica colocado en el recipiente se enciende y se mantiene encendido hasta que
todo el líquido del recipiente se vaporiza.
Determine el cambio de entropía del vapor durante este proceso.
Respuesta:
Datos:
m = 3 kg
P1 = 200 kPa
X = ¿? = 0,25
3
3 kg− ∗3 kg
4
X=
3 kg
X=0,25
Calculamos el volumen especifico 1 y la entropía 1:
3
V 1=V F + X 1∗V fg =0,001061+ 0,25∗0,8857−0,001061=0,22209 m /kg
S1=S f + X 1∗S fg =1,53 01+0,25∗5,5970=2,9294 kj/ kg
Con los datos obtenidos, podemos calcular el cambio de la entropía:
(3 kg ) ( 6,6335−2,9294 ) kj
∆ s=m ( S2−S 1) = =11,1 kj/ k
kg
 Se comprime nitrógeno en un compresor adiabático, de 100 kPa y 25 °C hasta alcanzar 800 kPa
y 307 °C.
Determine la tasa de generación de entropía para este proceso en kj/kg.k, considere utilizar la
temperatura promedio entre los dos estados del nitrógeno para calcular el calor especifico Cp.
Respuesta:
S¿ −Sout + S gen=∆ sistema
m1∗S1 +m2 ¿ S 2+ S gen=0
S gen=m ( S 2−S1 )
S gen=S 2−S1
T2 P2
¿ Cp ∈ −Rn
T1 P1
¿¿
¿ 0,0807 kj/kg∗k
 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente 2 L de aire a 100 kPa y 25 °C. El aire se

comprime ahora a un estado final de 600 kPa y 150 °C. La entrada de trabajo útil es 1.2 kJ.
Suponiendo que el entorno está a 100 kPa y 25 °C, determine:
a) La energía del aire en los estados inicial y final.
Respuesta:
Datos:
V1= 2L = 0,002m3
P1 = 100kPa
T1 = 25 °C
P1∗V 1
m=
R∗T 1
( 100 kPa )∗(0,002 m3)
m= =0,00234 kg
(
0,287 kPa
m3
kg∗k
∗(298 ° K ) )
P2V 2 V 1∨¿
=P1 ¿
T2 T1
P1 V 1 T 2 ( 100 kPa ) ( 923 ° K ) ( 2 L )
V 2= = =0,473 L
P2 T 1 ( 600 kPa ) ( 298° k )
S1−S 0=C T P2 2
p∈¿ −R¿ ¿
T0 P0
S1−S 0= ( 1009 kj 423 ° k

kg∗k
∈ )
298° k
− 0,287 (
kPa∗m 3 600 kPa
kg∗k
∈ )
100 kPa (
=0,1608
kj
kg∗k )
X 2 =m ( cv ( T 2−T 0 ) −T 0 ( S2−S 0 ) ) + P0 ( V 1 −V 0 )
( 423 ° K−298 ° k )−298 ° k (−0,1608 (

( 0,722
kg∗k ) kg∗k ))
kj kj
X 2 =0,00243 kg +100 kPa
3 kj
¿> ( 0,000473−0,002 ) m ¿ kPa ¿=0,171 kj
m3
b) El trabajo, mínimo que se debe suministrar para llevar a cabo el proceso de compresión.
Respuesta:
X entrada−X salida −X rev =∆ x sistema
W rev =X 2−X 1
W rev =0 , 171−0=o ,171 kj
c) La eficiencia según la segunda ley de este proceso.

Respuesta:
W rev 0,171 kj
n= = =14,3 %
W 1,2 kj
Considere al aire como un gas ideal con calores específicos constantes y utilice la
temperatura promedio para el cálculo del Cp y Cv.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
IACC (2021). Segunda ley de termodinámica, entropía y exergía. Termodinámica. Contenido semana 4.

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TERMODINÁMICA

SEMANA 4 SEGUNDA LEY DE TERMODINÁMICA, ENTROPÍA Y

c) En un refrigerador, el calor se transfiere de un medio de menor temperatura (el espacio

 Un almacén de alimentos se mantiene a -12 °C mediante un refrigerador, en un entorno de 30

Determine la entrada de potencia al compresor, em kW, y el COP del refrigerante.

a) El COP del refrigerador.

b) La entrada de potencia en kW.

c) La tasa de calor rechazado al deposito de alta temperatura, en KJ/h.

 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente 2 L de aire a 100 kPa y 25 °C. El aire se

S1−S 0= ( 1009 kj 423 ° k

( 423 ° K−298 ° k )−298 ° k (−0,1608 (

c) La eficiencia según la segunda ley de este proceso.

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