Problemas resueltos de Máquinas Térmicas.pdf

Problemas de Máquinas Térmicas1. Una máquina térmica opera entre una fuente (con temperatura de 920°F) y un sumidero (con temperatura de 110°F). Determinar su eficiencia térmica máxima. La formula de la eficiencia térmica es ( )° ( )° η= = = = 0.5869 ( )° 2. Un Refrigerador opera entre un sumidero (con temperatura de 20°F) y una fuente (con temperatura de 100°F). Determinar su coeficiente de operación. La fórmula del coeficiente de operación es ( =( ) ( ) ) =6 = = = 3. Un Refrigerador opera entre un sumidero (con temperatura de −20°F) y una fuente (con temperatura de 80°F). El calor extraído del sumidero es 10000 . Determinar la potencia necesaria para la operación del refrigerador y el calor entregado a la fuente. De acuerdo con la ecuación de ( ) la eficiencia térmica = = = Despejando ( ) = = 12272.73 = 10000 neto necesario para operar el refrigerador es (12272.73 − 10000) será = . = 2272.73 ∗ ∗ = . El − trabajo = La potencia necesaria = 40 KW 4. Considere un ciclo de una bomba de calor de Carnot operando en un sistema de flujo permanente en la región de mezcla saturada líquido-vapor que usa refrigerante 134ª y que fluye a una relación de 0.264 como fluido de trabajo. Se sabe que la temperatura máxima absoluta en el ciclo es 1.15 veces la temperatura absoluta mínima y que la entrada de potencia neta en el ciclo es 5 KW. Si el refrigerante cambia de vapor saturado a líquido saturado durante el proceso de desecho de calor, determine la proporción de las presiones máxima y mínima del ciclo. 1 ∗ (1 − . = (4) .15 La condición fundamental del problema = Para una bomba de calor = y − (3) Reemplazando de (4) en (3) = . (5) Aquí es la capacidad térmica del fluido y ∆ es el cambio de temperatura para el cambio de fase. ∗ = (2) = 1. ) Recordar que para el proceso 1→2 se cumple = ∗ ̇ ̇ ∗∆ . (1) = Ello implica que = − ∗ 5KW= 38. De los fundamentos de calor específico Reemplazando en (5) ≡ → = ∆ ∆ = ∆ 2 .333 . .=1. .15 Reemplazando de (1) en (2) . = =145. ) ) *(0.385) (143. De las tablas de refrigerante 134ª saturado P(MPa) T(°C) = = ( ( .44294)+0.75 − 148.81°C (145.50416-0.75 ∗ (56 − 52)° + 52° =54. = .66) ∗ (1. .349 3 .202 − 148. .44294 12 12.97° = .202 143.527 − 1.81° + 273.03°C Se procede a buscar en la misma tabla P(MPa) T(°C) 0.485 + 1. . .16 = 327. ° =285.202 ∗ .485 = 0.44294 = 0.44339 = 3.191°K ó 12.66 145.66) = 1.= ̇ ∗ ̇ℎ ̇ = →ℎ ̇ .385 52 1.50416 ( = .527 56 ℎ ( ) 148.385 = 54.03 16 0. ) ) 1.44339 MPa 1. Determine si estas mediciones son razonables. un auxiliar de laboratorio mide que un refrigerador que necesito 2 KW de potencia ha extraído 30000 KJ de calor del espacio refrigerado.El tiempo de funcionamiento del refrigerador durante el experimento fue de 20 minutos. =4.16 = 298. Durante un experimento realizado en un cuarto a 25°C.5 Si el refrigerador fuera de Carnot Ya que = = < . el cual se mantiene a −30°C.16°K Si el tiempo de funcionamiento es 20 minutos= 1200 segundos ̇ = = = 25 = − = − =2 = ̇ ̇ ̇ + 25 = 27 =12. Esto implica que las mediciones realizadas no son razonables. .16° = − 30 + 273.16= 243. = 25 + 273. 4 .5.42 Se viola el primer principio de Carnot.