Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
De esta explicación se concluye que toda máquina térmica debe desperdiciar
cierta cantidad de energía transfiriéndola a un depósito de baja temperatura
a fin de completar el ciclo, incluso en condiciones idealizadas. El requerimiento
de que una máquina térmica intercambie calor con al menos dos depósitos para
operación continua conforma el fundamento para la expresión de Kelvin-Planck
de la segunda ley de la termodinámica, la cual será analizada posteriormente en
esta sección.
EJEMPLO 6-1 Producción de potencia neta de una máquina térmica
Horno
·
Q H = 80 MW
·
W neto,salida
MT
·
Q L = 50 MW
Río
FIGURA 6-16
Esquema para el ejemplo 6-1.
Se transfiere calor a una máquina térmica desde un horno a una tasa de 80
MW. Si la tasa de rechazo de calor hacia un río cercano es 50 MW, determine
la salida de potencia neta y la eficiencia térmica para esta máquina térmica.
Solución Se cuenta con las tasas de transferencia de calor hacia y desde
una máquina térmica. Se determinará la salida de potencia neta y la eficiencia
térmica.
Suposición Se ignoran las pérdidas de calor por las tuberías y otros componentes.
Análisis En la figura 6-16 se ofrece un esquema de la máquina térmica.
El horno sirve como un depósito de alta temperatura para la máquina y el
río como un depósito de temperatura baja. Las cantidades dadas se pueden
expresar como
Q
# H 80 MW y Q
# L 50 MW
La salida de potencia neta para esta máquina térmica es
#
W neto,salida Q
# H Q
# L 180 502 MW 30 MW
La eficiencia térmica se determina sin dificultad como
h ter W
#
neto,salida 30 MW
0.375 1o bien, 37.5 por ciento2
Q 80 MW
# H
Comentario La máquina térmica convierte en trabajo 37.5 por ciento del
calor que recibe.
m·
combustión
Cámara de combustión
·
Q H
Motor de
Automóvil
(idealizado)
·
Q L
Atmósfera
·
W neto,salida = 65 hp
FIGURA 6-17
Esquema para el ejemplo 6-2.
EJEMPLO 6-2 Tasa de consumo de combustible de un automóvil
Un motor de automóvil con una salida de potencia de 65 hp tiene una eficiencia
térmica de 24 por ciento. Determine la tasa de consumo de combustible
de este automóvil si el combustible tiene un poder calórico de 19 000 Btu/
lbm (es decir, 19 000 Btu de energía se liberan por cada lbm de combustible
quemado).
Solución Se cuenta con los datos de la salida de potencia y la eficiencia de
un motor de automóvil. Se determinará la tasa de consumo de combustible
del automóvil.
Suposición La salida de potencia del automóvil es constante.
Análisis En la figura 6-17 se ofrece el esquema de un motor de automóvil,
el cual es propulsado convirtiendo en trabajo 24 por ciento de la energía química
liberada durante el proceso de combustión. La cantidad de entrada de
energía requerida para producir una salida de potencia de 65 hp se determina
a partir de la definición de eficiencia térmica como
Q
# H W neto,salida
h ter
65 hp
0.24
2 545 Btu>h
a b 689 270 Btu >h
1 hp