TRABAJO COLABORATIVO DOS

FERNEIS DAVID MARTÍNEZ MENDINUETA

CODIGO: 1063489747

MILEIDYS JUDITH TORRES

KELLYS REGINA REALES

YINET PAOLA SILVA QUINAYAS

YOENIS PATRICIA PUERTA

TUTOR: VICTORIA GUTIERREZ

GRUPO: 201015 _138

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

CURSO: TERMODINAMICA CERES CURUMANI

22-11-2013

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo abordaremos las temáticas relacionadas en la unidad Nº 2 del curso termodinámica, dentro de las que encontramos: segunda ley de la termodinámica, ciclos termodinámicos y aplicaciones de la termodinámica, de las que después de un análisis y estudio detallado se obtuvieron los conocimientos necesarios para el desarrollo de las actividades propuestas en la presente actividad, en la que se continuo con los ejemplos tomados de los elementos del medio en el que convivimos (tema abordado en el trabajo colaborativo Nº 1), de igual forma se calculara los consumos energéticos de un proceso, la determinación de la gasolina y los ciclos de un vehículo al igual que el de una nevera.

OBJETIVOS

Objetivo General Obtener los conocimientos brindados por el curso (Termodinámica), atreves del estudio de las diferentes temáticas y llevados a la práctica por los ejercicios desarrollados.

Objetivos Específicos

Aplicar los conceptos aprendidos de la segunda unidad del módulo, en los

diversos ejercicios planteados.

Dar a conocer las ideas aprendidas del módulo a través de ejemplos prácticos

que servirán para el fortalecimiento de un buen criterio en la toma de

decisiones

Conocer los diferentes tipos de sistemas termodinámicos presentes en el hogar

o empresa.

1. Determinar el cambio de entropía para cada uno de los diez sistemas del

Trabajo Colaborativo 1, en donde se muestre el procedimiento utilizado.

1. DESARROLLO DE EJERCICIOS

El gas natural es de los elementos más utilizados para obtener energía en

nuestros hogares, esta energía se da por combustión. El calor de combustión del

metano es de 213 Kcal/mol y el de etano es de 240 Kcal/mol, suponiendo que el

gas natural que se utiliza en casa es 90% metano y 10% etano, cual es el calor de

combustión del gas natural

Para poder hallar una entropía se determina dicha transferencia de calor a

condiciones estándar, donde

3.2. Mi hogar recibió cierta cantidad de energía en el mes de julio reflejada en un

costo fijo de 12165 pesos, si el costo unitario es 675.848 pesos/m3 , cuanta

energía recibió mi hogar en el mes de julio

(

)

Considerando esta como la energía total ingresada al sistema termodinámico

“hogar” y considerando una temperatura promedio de 30 °C se tiene que la

entropía respectiva es

3.3 para el procesamiento de gases metano. En un tanque se encuentran

almacenados 376.34 moles de un gas similar a 25 ºC, al cual se le retiran 49 Kcal.

Este gas tiene un Cv = 3.1 cal/(mol.K).

En este ejercicio se da por sentado el calor dinamizado, encontrado así la entropía

respectiva

3.4. Un gas se encuentra a 0.8 atm y 27 ºC y tiene una masa molar de 87 g/mol. Si

este gas se expande al triple de su volumen su entropía esta dada de la primera

ley y la segunda, teniendo 50 moles del gas. Sabemos que el calor transferido es

nulo debido a su carácter adiabático, obteniendo

∫

∫

∫

Si el cambio es isotérmico se tiene que

Por tanto el cambio de entropía será

3.5 En una construcción cercana a mi hogar, utilizan para generar energía un

sistema pistón/cilindro con una masa de pistón de 23 Kg que se mueve 0.5 m,

sobre el pistón se encuentra una masa de 45 Kg para generar estabilidad al

sistema.

Si la energía hallada se transformara toda en calor, tendríamos

Siendo su cambio de entropía, para una temperatura ambiente estándar

3.6. Este gas metano que utilizamos para cocinar, en una de sus etapas de

procesamiento y transporte se lleva de 260 °C a 600 °C, si suponemos que esto

se lleva a cabo en una presión suficientemente baja como para considerar gas

ideal, calcule el calor necesario para este cambio de temperatura.

Para este caso utilizaremos uno de los polinomios encontrados en la literatura que

modelan la dinámica calórica, donde tenemos

Del desarrollo de la primera unidad tenemos la siguiente expresión para el calor

[

]

Teniendo en cuenta que

La expresión para la entropía vendría siendo

[

]

3.7. En mi conjunto, cuando se va el agua hay un sistema donde se bombea agua

a 200 °F de un tanque de almacenamiento con una rapidez de 50 gal /min. El

motor de la bomba proporciona trabajo a una razón de 2 HP. El agua pasa por un

intercambiador de calor, entregando calor a 4000 Btu/min, para después ser

depositada en un segundo tanque de almacenamiento que se encuentra a una

altura de 50 pies por encima del primer tanque. Calcule la entropía.

Se tiene el calor del trabajo de la unidad anterior

3.8. El mismo pistón de la construcción cercana, contiene 15 moles de un gas a

153 kPa el cual se expande isotérmicamente hasta que la presión final llega a

123.2 kPa. El cambio de entropía que ha sufrido este gas, en J/K, es:

[

] [

]

3.9. Para hacer una sopa en Cartagena debo calentar 1 Kg de agua, teniendo en cuenta que esto se hace a temperatura y presión constantes de 100 °C y una atmosfera y los volúmenes específicos del líquido y vapor son 0.00104 y 1.673 m3/Kg, y teniendo en cuenta de tablas termodinámicas que se agrega una cantidad de calor igual a 2256.9 KJ Calcular el cambio de entropía

3.10. Para este punto no atañe un cálculo de entropía, puesto que fue calculado en el numeral anterior 3.10. Para la sopa del punto anterior, calcule el cambio de entalpia del proceso Con P constante, la ecuación que relaciona entalpia y energía interna resulta

Donde

Por consiguiente

3. Determine el consumo de gasolina, gas o diesel de un automóvil. Determine los ciclos que se están dando al interior de un vehículo.

NUEVOS ESTIMADOS DE MILLAS POR GALÓN

La EPA (Agencia de Protección Ambiental) ha cambiado la forma en que calcula las Millas por Galón (MPG).

Empezando con los modelos del 2008, los estimados reflejan los efectos de:

Velocidades más Altas y la Aceleración

El Uso del Sistema de Aire Acondicionado

Temperaturas Externas Más Frías

El cálculo disminuye los estimados de MPG para la mayoría de los vehículos.

El número de millas que usted obtenga por galón depende también de sus

hábitos para conducir, el tráfico, y otros factores.

Todos los estimados de MPG en la sección de Encuentre un Auto, usan el

nuevo sistema de cálculo para ayudar al consumidor a comparar las MPG de

modelos pasados y nuevos.

Sus Millas Por Galón Variarán. ¿Por qué varía el ahorro de combustible?

La EPA ha mejorado sus métodos para calcular el consumo y ahorro del combustible que usted consume, pero sus millas por galón variarán de cualquier forma.

Las nuevas pruebas de la EPA están diseñadas para reflejar condiciones “típicas” al conducir, así como la conducta del conductor, pero varios factores pueden afectar sus MPG significativamente:

Cómo y Dónde Conduce

Condición y Mantenimiento del Vehículo

Variaciones del Combustible

Variaciones del Auto

Antigüedad del Motor

Por eso, las clasificaciones de la EPA son una buena herramienta para comparar el consumo y ahorro de combustible de diferentes vehículos, pero no puede predecir con certeza las MPG promedio que usted aprovechará de su vehículo.

Atributos de

la Rutina

Rutina de Prueba

Ciudad Carretera Velocidades Altas

Aire

Acondicionado (AC)

Temperaturas Bajas

Tip de Viaje

Baja velocidad en tráfico

urbano, lento

Tráfico fluido a

velocidad

de carretera

Velocidad más alta, aceleración y freno

más marcados

Uso de AC bajo condiciones ambientales

calientes

Pruebas de Ciudad con

tempetarutas bajas

Velocidad Máxima

56 mph 60 mph 80 mph 54.8 mph 56 mph

Velocidad Promedio

21.2 mph 48.3 mph 48.4 mph 21.2 mph 21.2 mph

Acelaración Máxima

3.3 mph/seg

3.2 mph/seg

8.46 mph/seg 5.1 mph/seg 3.3 mph/seg

Distancia Simulada

11 mi. 10.3 mi. 8 mi. 3.6 mi. 11 mi.

Tiempo 31.2 min. 12.75

min. 9.9 min. 9.9 min. 31.2 min.

Paradas 23 ninguna 4 5 23

Tiempo a ralentí

18% del tiempo

ninguna 7% del tiempo 19% del tiempo

18% del tiempo

Motor al Arranque*

Frío Caliente Caliente Caliente Frío

Temperatura

del Laboratorio

68–86ºF 95ºF 20ºF

Aire Acondicionado del Vehículo

Apagado Apagado Apagado Encendido Apagado

El motor del vehículo no alcanza su eficiencia máxima de combustible hasta que está caliente.

EL CICLO DEL MOTOR DIÉSEL

Consta de las siguientes fases:

1. Compresión, Proceso 1-2:

Es un proceso de compresión adiabática reversible (isentropicas), es

decir sin intercambio de calor con el exterior. Viene a simbolizar el proceso

de compresión de la masa fresca en el motor real, en el que en el pistón,

estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso,

comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado

termodinámico del fluido, aumentando su presión, su temperatura y

disminuyendo su volumen específico, en virtud del efecto adiabático. En la

idealización, el proceso viene gobernado por la ecuación de la

isentropicas , con k índice de politropicidad isoentrópico =

1. Combustión: proceso 2-3:

En esta idealización, el aporte de calor Qp se simplifica por un proceso isobaro (a presión constante). Sin embargo, la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del punto muerto superior (PMS) (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos, es decir el retraso que hay entre la inyección y la inflamación espontánea), se inicia la inyección del combustible (en motores de automóviles, gasóleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente auto inflamable y poco volátil). El inyector pulveriza y perliza "atomiza" el combustible, que, en contacto con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse. Como quiera que el combustible de un motor Diesel tiene que ser muy auto inflamable (gran poder detonante, indice de Cetano alto), ocurre que, mucho antes de que haya terminado la inyección de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se auto inflaman y dan comienzo a una primera combustión caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse. Esta etapa es muy rápida, y en el presente ciclo se obvia, pero no así en el llamado ciclo Diesel rápido, en el que se simboliza como una compresión isócora al final de la compresión. Posteriormente, se da, sobre la masa fresca que no ha sido quemada, una segunda combustión, llamada combustión por difusión, mucho más pausada y perfecta, que es la que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. En esta combustión por difusión se suele quemar en torno al 80% de la masa fresca, de ahí que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo, también es cierto que la inmensa mayoría del trabajo de presión y de las pérdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en la combustión inicial, por lo que omitirla sin más sólo conducirá a un modelo imperfecto del ciclo Diesel. Consecuencia de la combustión es el elevamiento súbito del estado termodinámico del fluido, en realidad debido a la energía química liberada en la combustión, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor que el fluido termodinámico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isóbaro reversible.

2. Explosión/Expansión, proceso 3-4:

Se simplifica por una expansión isentrópica (adiabática) del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo. Nótese como, como en todo ciclo de motor de cuatro tiempos o dos tiempos, sólo en esta carrera, en la de expansión, se produce un trabajo.

3. Última etapa, proceso 4-1:

Esta etapa es un proceso isocórico (escape) es decir a volumen constante. Desde la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de cualquier significado físico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un significado físico a esta etapa, y la asocian a la renovación de la carga. , pues, razonan, es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresión y siguen a la expansión: el escape de masa quemada y la admisión de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho más trabajo que el que implica este proceso (ninguno), y además ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen específico constante.

Es importante notar cómo, en el ciclo Diesel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo termodinámico que lo idealiza, que sólo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresión y la de expansión; el proceso de renovación de la carga.. cae fuera de los procesos del ciclo Diesel, y ni tan siquiera es un proceso termodinámico en el sentido estricto.

NEVERA

Existen varias clases de procesos de refrigeración, pero por su difusión se destaca

el ciclo de refrigeración por compresión de vapor (empleado con mayor

frecuencia). En este caso se consume energía mecánica en un compresor que

comprime al fluido de trabajo evaporado que viene del evaporador (cámara fría) de

modo que el calor que tomó el fluido refrigerante en el evaporador pueda ser

disipado a un nivel térmico superior en el condensador. Luego de ello, el fluido

pasa a un expansor, que es una simple válvula de modo que el fluido condensado

a alta presión que sale relativamente frio del condensador al expandirse se

vaporiza, con lo que se enfría considerablemente ya que para ello requiere una

gran cantidad de calor (dada por su calor latente de vaporización) que toma del

recinto que esta refrigerando. Este tipo de ciclos producen una región fría por

evaporación de un fluido refrigerante a baja temperatura y presión. Esto sólo

puede ser posible si se hace un trabajo sobre el refrigerador. Por lo tanto, se ve

que el refrigerador transfiere calor del cuerpo más frío (el contenido del

refrigerador) a un cuerpo más caliente (el cuarto).

Un esquema típico es como el siguiente:

• Evaporador

• Compresor

• Condensador

• Expansión

En este sistema el fluido refrigerante hace un ciclo en el cual pasa por:

1 Un condensador, en donde se halla a alta presión a una temperatura tan baja como el fluido de enfriamiento pueda lograr. Generalmente el refrigerante es de tal naturaleza que a esta temperatura y presión se halla como líquido saturado. 2 Este líquido saturado, al pasar por un estrangulamiento tiene lugar un enfriamiento y una vaporización parcial. 3 En el evaporador, se completa la evaporación total del fluido refrigerante produciendo con ello la refrigeración que se busca. 4 Este vapor es luego comprimido en un proceso aproximadamente isotrópico. Aumenta así su temperatura y se halla en la condición de vapor sobrecalentado. Ingresando nuevamente al condensador para completar el ciclo. La diferencia con un Ciclo de Carnot invertido, es que la evaporación no es isotrópica, puesto que ocurre en una restricción en donde el proceso es isoentálpico, espontáneo y por ello fuertemente irreversible. No obstante, mientras mayor es la relación de compresión mayor es la eficacia del compresor. Un refrigerador regular utiliza 400 W, si tomamos 10 horas diarias, podemos calcular el consumo mensual

La eficiencia para los ciclos de refrigeración se expresa como coeficiente de operación y constituye la relación entre el calor retirado del espacio refrigerado Q y el trabajo suministrado por el compresor W.

Si asumimos que el calor retirado por hora es de 300 J tendríamos

Para una nevera no frost el ciclo termodinámico que se da en el interior es el ciclo

de Carnot;

Para la refrigeración se ha utilizado tradicionalmente uno de los fluidos

refrigerantes clorofluorocarbonados (CFC); que circula por un circuito cerrado

impulsado por un compresor de gas (motor).

El circuito está compuesto por 4 partes fundamentales evaporador, condensador,

tubo capilar y compresor; este pasa por la parte interna y por la parte externa de la

pared posterior del equipo siguiendo el siguiente ciclo:

El fluido circula por la parte interna en estado

líquido y frío, así que toma calor de los

alimentos (y por consiguiente los enfría).

Al aumentar la temperatura del fluido éste se evapora convirtiéndose en gas y así

pasa a la parte exterior en donde, al circular por el serpentín, va cediendo el calor

que tomó al ambiente hasta igualar su temperatura con la del exterior.

Dicho fluido llega ahora al compresor como gas, a baja presión y a temperatura

ambiente. El compresor lo comprime (reduce su volumen) y el fluido se licúa.

Pasa a través de un estrechamiento al interior. Ahí, al disminuir la presión el fluido

se expande y se enfría, quedando así en disposición de absorber el calor de los

alimentos nuevamente empezando un nuevo ciclo

CONCLUSION

De la realización de este trabajo logramos incrementar el análisis, en lo aplicado a los diversos ejercicios que hacemos como estudiante y que son resultado del estudio de cada capítulo de la unidad tratada y de los que además ampliamos nuestros conocimientos en esta área del saber y de la misma manera aprendimos a determinar los ciclos y la forma de consumo de la gasolina, así como también se logro determinar el cambio de entropía para los diferentes ejercicios planteados.

BIBLIOGRAFÍA

Rubén Darío Múnera Tangarife, módulo del curso 201015 – termodinámica, Palmira, Valle. Julio de 2009