CAPÍTULO 5. Termodinámica - Biblioteca

Calor y Termodinámica Hugo Medina Guzmán
Ejemplo 118. Una máquina térmica absorbe 360 J
de calor y realiza un trabajo de 25 J en cada ciclo.
Encuentre:
a) la eficiencia de la máquina y
b) el calor liberado en cada ciclo.
Solución.
Q1 = 360 J
W = 25 J
W 25
a) e = = = 0,
069 = 6,
9%
Q1
360
b) = Q −W
= 335 J
Q Liberado
1
Ejemplo 119. Una máquina térmica realiza 200 J de
trabajo en cada ciclo y tiene una eficiencia de 30%.
Para cada ciclo de operación,
a) ¿cuánto calor se absorbe?, y
b) ¿cuánto calor se libera?
Solución.
Q1 calor absorbido de la fuente caliente
Q2 calor cedido a la fuente fría
W = 200 J
W
e = = 0,
3
Q1
Entonces
200
a) Q 1 = = 666,
7 J
0,
3
b) Q = Q −W
= 666,
7 − 200 = 466,
7 J
2
1
Ejemplo 120. Un refrigerador tiene un coeficiente
de operación igual a 5. Sí el refrigerador absorbe
120 J de calor de una fuente fría en cada ciclo,
encuentre:
a) el trabajo hecho en cada ciclo y
b) el calor liberado hacia la fuente caliente.
Solución.
η = 5
Q1 = 120 J
Q1 W + Q2
a) η = =
W W
W + 120
De donde 5 = ⇒ W = 30 J
W
b) Q = W + Q = 30 + 120 = 150 J
2
1
Ejemplo 121. Cierta máquina tiene una potencia de
salida de 5 kW y una eficiencia de 25%. Si la
máquina libera 8000 J de calor en cada ciclo,
encuentre:
a) el calor absorbido en cada ciclo y
b) el tiempo para cada ciclo.
Solución.
P = potencia = 5 kW = 5 x 10 3 W
e = 25 % = 0,25
Q1 = 8000 J
Si t es el tiempo de un ciclo
61
W
e =
Q1
o bien
W
=
W + Q
1
Pt
=
Pt + Q
2
5×
10 t
0, 25 = 2
5×
10 t + 8000
De donde se obtiene t = 0,53 s el tiempo para cada
ciclo.
El calor absorbido en cada ciclo será
Q = ×
2
t +
1
5
10
8000
2
= 5 10 ( 0,
53)
+ 8000
× = 1,065 x 10 4 J
Ejemplo 122. El calor absorbido por una máquina es
el triple del trabajo que realiza.
a) ¿Cuál es su eficiencia térmica?
b) ¿Qué fracción del calor absorbido se libera a la
fuente fría?
Solución.
Q1 3W
=
W 1
a) e = = = 0,
33 = 33%
Q
1
3
Q
b) Q Q −W
= Q −
1
2 = 1
1 = 1
3
1
2
Q
3
Fracción del calor absorbido que se libera:
Q2
2
= = 0,
66
Q 3
1
Ejemplo 123. Dos máquinas frigoríficas de Carnot
trabajan en serie la primera extrae calor de una
fuente a 0°C y consume 1000 J. La segunda maquina
consume 500 J. y entrega calor a una fuente a 27ºC
Considere que el calor que la primera cede a una
fuente intermedia es íntegramente absorbido por la
segunda.
a) ¿Cuál es el calor que la primera maquina extrae?
b) ¿Cuál es la temperatura de la fuente intermedia?
c) ¿Qué calor intercambian las máquinas con la
fuente de temperatura intermedia?
Solución.
a) Para el conjunto