Descripción de la tarea

 

La tarea consiste en resolver un test de 10 preguntas y 4 ejercicios acerca de máquinas y motores térmicos, que describimos a continuación.

 

1.  En la plantilla que encontrarás en el apartado "Entrega" que aparece más abajo tienes el test de 10 preguntas que no reproducimos aquí por razones de espacio.  Responde en la misma plantilla marcando la única respuesta correcta a cada pregunta y siguiendo las instrucciones que allí mismo encontrarás.  ¡Buena suerte!

2.  Responde a las siguientes cuestiones termodinámicas:

a)  En la antigüedad, surgió la idea de que era posible construir un motor de movimiento perpetuo, el cual, además de moverse a sí mismo ininterrumpidamente, podía efectuar un trabajo útil.  Pero la existencia de este motor violaría la Segunda Ley de la Termodinámica.  ¿Por qué?

 

 

b)  Si otro inventor nos ofreciera ahora un motor térmico que funcionara entre dos fuentes térmicas, tomando del foco caliente Q₁= 1400 J, y cediendo al foco frío Q₂= 800 J, asegurándonos que tiene un rendimiento del 60%, ¿le compraríamos la patente?

 

 

Razona la respuesta, comprobando si el rendimiento de la máquina es el que nos ofrece el inventor.

 

3. Una máquina térmica opera entre dos focos: uno caliente, a una temperatura Tc (medida normalmente en K) y otro frío, a una temperatura Tf.  La máquina extrae del foco caliente una cantidad de calor Qc (normalmente medido en cal o en kcal), realiza un trabajo W y cede una cantidad de calor Qf 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)  Una aplicación: una máquina de Carnot toma 1000 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

 

4.  En una calurosa tarde de verano en Córdoba los termómetros marcan 43ºC a la sombra, mientras que la temperatura de confort recomendada para el interior de una vivienda es de 25ºC.  Visualiza el siguiente vídeo sobre el funcionamiento del aire acondicionado y, ayudándote de los gráficos, completa el texto siguiente, en el que se describen las cuatro fases del ciclo termodinámico del gas refrigerante utilizado en estos sistemas.  Utiliza para ello las expresiones que aparecen a continuación:

 

calor, volumen, bajos, expansión, condensador, compresor, presión, trabajo,

refrigerante, gaseoso, evaporador, inferior, espontánea, temperatura, ambiental, líquido

 

 

Esquema de la instalación Imagen de C. A. Olivos Inostrosa en YouTube. Licencia CC .	Ciclo del refrigerante Imagen de elaboración propia

 

 

     “Durante la fase de compresión adiabática (1-2), el gas recibe energía en forma de ________, siendo comprimido hasta una ________ p_A por un _________ de motor eléctrico.  Así, el gas llega al ___________ con una temperatura, T_A, más alta que la del aire exterior.

     En el condensador, gracias a que esta temperatura es mayor que la __________, cede calor de forma ___________ al aire exterior, hasta el punto de que pasa a estado _________.  Esta segunda fase se llama condensación isobara e isoterma, pues durante ella la presión y _____________ del fluido permanecen constantes.

     Este líquido saturado llega a la válvula de ___________, en la que un aumento brusco del _________ de los conductos del circuito le permite disminuir su presión y temperatura hasta valores mucho más _____: p_B y T_B, respectivamente.  Esta es la fase que se conoce como expansión adiabática (3-4), puesto que no hay intercambio de _____.

     Esta gran caída de presión y temperatura del ____________ permite que pase de nuevo a estado _______ en el __________, siendo este proceso una evaporación isoterma e isobara del mismo.  Este cambio de estado se produce gracias a que la temperatura del fluido es ________ a la del recinto interior, donde se encuentra el evaporador.  Así, el refrigerante absorbe calor del mismo, refrescando la estancia.”

 

5.  Una bomba de calor no es más que una máquina frigorífica reversible que se puede utilizar para calentar un recinto, mediante el calor que cede el fluido refrigerante en el condensador.  Teniendo en cuenta que la eficiencia o rendimiento de una máquina viene dada por la relación entre la energía útil y la consumida por la misma, se pide:

  

 

a)  Expresión de la eficiencia teórica (COP, coefficient of performance, en inglés) de una bomba de calor en función del calor suministrado por el condensador y el consumo  de energía del compresor.  ¿Por qué el valor de este COP no puede ser menor que la unidad?  Justifica tu respuesta.

b)  Explica brevemente las diferencias con el COP de un sistema de refrigeración.

c)  Expresión del rendimiento (COP) de una bomba de calor en función de las temperaturas absolutas de los focos caliente y frío, y justificación de la misma.

d)  Aplicar la expresión anterior al caso de una instalación que pretende mantener una habitación a 25ºC, cuando existen diferentes temperaturas en el exterior, completando la tabla siguiente:

 

Temperatura interior (ºC):	25	25	25	25	25
Temperatura exterior (ºC):	-5	0	5	10	15
COP:

 

e)  A la vista de los resultados anteriores y según la expresión del rendimiento, explica cómo crees que influye esta diferencia de temperaturas, interior y exterior, en el rendimiento de la máquina.

 

 

Como siempre, puedes descargarte esta plantilla para hacer y enviar los ejercicios a tu profesor o profesora.

Recuerda que si escribes sobre esta plantilla en un color (azul, por ejemplo) diferente al del enunciado facilitarás su corrección. Si tienes dificultad para escribir las expresiones matemáticas o dibujar las gráficas, puedes hacerlo a mano, escanearlo o fotografiarlo, y después insertar la imagen en la plantilla.

No olvides nombrar el archivo que entregues con tus datos en la siguiente forma:

Apellido1_Apellido2_Nombre_TI2_Practica_II_01_v01 (sin tildes)