CAPÍTULO 5. Termodinámica - Biblioteca

Calor y Termodinámica Hugo Medina Guzmán
rendimiento real de la máquina y compárese cl
resultado con el rendimiento de una máquina térmica
ideal.
≈ e =
Respuesta. e 19,
8%
30%
59. Un cuerpo calentado con temperatura inicial T1 se
aprovecha como calentador en una máquina térmica.
La capacidad calorífica del cuerpo no depende de la
temperatura y es igual a C. Un medio ilimitado, cuya
temperatura es constante e igual a T0, sirve de
máquina frigorífica. Hállese el trabajo máximo que
puede obtenerse por cuenta del enfriamiento del
cuerpo. Realícese el cálculo para 1 kg de agua
hirviendo y de hielo que se derrite.
Respuesta.
⎡
⎛ T ⎞⎤
1
W = C⎢T1
− T0
− T0
ln ⎜
⎟
⎟⎥
≈ 62 J
⎣
⎝ T0
⎠⎦
60. Con ayuda do un hornillo e1éctrico de potencia.
de 1 kW en la habitación se mantiene la temperatura
de 17 o C siendo la temperatura del aire circundante de
–23 o C. ¿Qué potencia se necesitaría para mantener en
la habitación la misma temperatura con ayuda de una
bomba térmica ideal?
Respuesta. P = 138W
61. Hállese el rendimiento de los ciclos mostrados en
la figura, sí como agente propulsor se toma un gas
monoatómico perfecto.
Respuesta.
e =
e =
5
2
3
1
1 ⎟ ⎛ V ⎞
− ⎜
⎜
⎝V
2
2
⎠
( T − T )
2
1
( T − ) +
2
2 T1
2T2
ln⎜
⎟
⎝ p1
⎠
o
⎛ p
ln 2 ⎞
⎜ ⎟
⎝ p1
⎠
⎛ p
62. Un motor térmico funciona mediante un ciclo de
Carnot reversible entre las temperaturas t1 = 200 ºC
⎞
69
(hogar) y t2 = 20 ºC (refrigerante). El hogar comunica
al sistema 60 kcal por minuto. Calcúlese la potencia
del motor en caballos de vapor.
Respuesta. 2,16 C.V.
63. 8,1 kg de carbón de valor calorífico igual a
3,3x10 7 J/kg. La temperatura de la caldera es de 200
ºC y la del condensador de 58 ºC. Hallar el
rendimiento real de la máquina e1y compararlo con el
rendimiento e2 de la máquina térmica ideal que
funcione según el ciclo de Carnot entre las mismas
temperaturas.
Respuesta. 0,20; 0,30.
64. En una nevera de compresión se trata de fabricar
5 kg de hielo cada hora, partiendo de agua a 0 ºC. El
ambiente exterior está a 27 ºC.
Calcular:
a) La eficacia de la nevera.
b) La potencia teórica del motor.
c) La potencia real si el rendimiento de la operación
es el 75%.
d) El costo de la energía eléctrica necesaria para
fabricar 100 kg de hielo a 5 soles el kW h.
Respuesta. a) 10; b) 46 W; c) 61 w; 4d) 6,10 soles.
65. Una cierta máquina térmica ideal en la que se
realiza un ciclo de Carnot reversible en cada segundo,
tiene el refrigerante a 27 ºC, una potencia de 4,18 kW
y en cada ciclo se toman 3 kcal de la caldera. Calcular
la temperatura de ésta, el calor que se cede al
refrigerante y el rendimiento.
Respuesta. 2,000 cal; 177 ºC; 1/3.
66. En un ciclo de Carnot reversible, descrito por un
mol de un gas perfecto diatómico, la temperatura más
elevada es de 500 K y el trabajo en la expansión
adiabática 4,157 J. Calcular el rendimiento del ciclo.
Respuesta. 0,4.
67. Un refrigerador está impulsado por un pequeño
motor cuya potencia útil es de 150 W. Si suponemos
que este refrigerador trabaja como un refrigerador
ideal de Carnot, y que las temperaturas caliente y fría
de los recipientes térmicos son 20 y -5 ºC, ¿cuanto
hielo fabricará este refrigerador en 1 h si en el interior
se coloca agua a 10 ºC?
Respuesta. 15,4 kg.
68. Tres kilogramos de agua a 18 ºC, se mezclan con
9 kg a 72 ºC. Una vez establecido el equilibrio, se
restituyen las dos cantidades de agua a su estado
inicial colocando 3 kg en contacto con una fuente
térmica siempre a 18 ºC, y los 9 kg restantes en otra
siempre a 72 ºC.
Calcular:
a) El incremento de la entropía del agua como
consecuencia del primer proceso y el incremento de
entropía del universo.
b) El incremento de entropía del agua producido por
todas las operaciones y el del universo.