Descripción de la tarea

Ejercicio 1

Una máquina térmica opera entre dos focos: uno caliente, a una temperatura Tc (medida normalmente en K) y otro frío, a una temperatura T_f.  La máquina extrae del foco caliente una cantidad de calor Q_c (normalmente medido en cal o en kcal), realiza un trabajo W y cede una cantidad de calor Q_f al foco frío:

 

 

a)  Responde a las siguientes cuestiones:

i.  ¿Cómo se expresa el rendimiento de la máquina térmica en función de Qc y Qf?

ii. Si la máquina sigue el ciclo de Carnot, ¿cómo expresar el rendimiento en función de las temperaturas Tc y Tf?

b)  Caso práctico: una máquina de Carnot toma 1200 kcal de un foco caliente a 600 K y cede 480 kcal al foco frío.  Determina:

i.  El rendimiento de la máquina.

ii.  La temperatura del foco frío.

iii.  El rendimiento que se obtiene cuando el foco frío está a -5ºC.

c) Calcula el rendimiento de la máquina anterior para las temperaturas que aparecen en la tabla siguiente y explica brevemente cómo crees que influyen estas temperaturas en el rendimiento de la misma:

 

Ejercicio 2

Un motor diésel que trabaja a su máximo rendimiento consume 10 kg de combustible por hora. Teniendo en cuenta que el poder calorífico del combustible es de 11.000 kcal/kg, y que el rendimiento del motor es del 33% a 3000 rpm, se nos pide:

a)  La potencia útil y perdida del motor, en kW.

b)  El par suministrado a este régimen de revoluciones.

c)  Calcular el trabajo producido en cada ciclo del motor.

d)  ¿Qué velocidad alcanzará un vehículo de 1200 kg a este régimen de revoluciones si convierte el 90% del par en energía cinética?

e)  Si utilizásemos este motor para mover un generador eléctrico, sin pérdidas de transmisión, ¿qué potencia eléctrica, en kW, nos suministraría?

 

 

Ejercicio 3

Un congelador emplea una máquina frigorífica cuyo esquema se muestra a continuación:

 

 

El interior del congelador se mantiene a una temperatura de –20°C, mientras que el compresor consume una media de 1.8 kWh/día.  Sabiendo que la eficiencia de la máquina es de 9.5, se pide:

a)  Calcular el valor de la temperatura ambiente en el exterior del congelador.

b)  ¿Cuál es el calor eliminado del interior del congelador?  Expresa su valor en calorías.

c)  ¿Cuál es el calor suministrado al ambiente?  Expresa su valor en calorías.

d)  ¿Cuál sería la eficiencia de la máquina frigorífica si tuviésemos una temperatura ambiental de 3ºC?

 

Ejercicio 4

En el acondicionamiento de unas oficinas a 21ºC, mediante bomba de calor, la energía suministrada al sistema es de 2500 kcal/h.  Sabiendo que la temperatura exterior del aire es de 5ºC, se pide:

 

Imagen en pxhere bajo dominio público.

 

a) Rendimiento de la instalación.

b) Calor suministrado al interior del recinto durante esa hora.

c) Calor extraído del ambiente exterior durante esa hora.

d) ¿Cuál sería el consumo de eléctrico si a lo largo de la mañana la temperatura ambiental sube hasta 12ºC?  Expresa el resultado en kW, suponiendo que las pérdidas del recinto son las mismas y por lo tanto el calor que necesitamos suministrarle sigue siendo el mismo.