Ejercicios resueltos

Caso práctico

Una máquina térmica absorbe un 360 J de calor mientras realiza un trabajo de 25 J durante cada ciclo.
Determinar: a) Eficiencia que presenta la máquina. b) Calor liberado cedido durante cada ciclo.

Una máquina térmica que presenta una eficiencia del 30%, realiza un trabajo de 200 J. durante cada ciclo.

Determina:

a) ¿Que cantidad de calor absorbe durante el ciclo?

b) ¿Qué cantidad de calor libera?

 

Una máquina térmica de 5 Kw de potencia, con una eficiencia del 25%, se sabe que cede 8 KJ de calor durante cada ciclo.
Determina:

a) Calor que absorbe durante cada ciclo.

b) Tiempo que dura cada ciclo.

Una máquina térmica absorbe del foco caliente 1500 J, y cede al foco frío 800J.
Determina:

a) Eficiencia de la máquina.

b) Trabajo producido durante un ciclo.

c) Potencia de la máquina térmica, si la duración de cada ciclo es de 0,2s.

 

Ejercicio resuelto

Un frigorífico con un COP de 5, absorbe 120J de calor de una fuente fría durante cada ciclo.
Determina: a) Trabajo realizado durante cada ciclo. b) Calor cedido a la fuente caliente.

Un frigorífico absorbe 100 J del foco frío durante cada ciclo, cediendo 130 J al foco caliente.
Determinar:

a) La potencia que debe tener el compresor si se realizan 60 ciclos por segundo durante el proceso de refrigeración.

b) COP del frigorífico.

Caso práctico

Una oficina de proyectos técnicos se ha comprometido a diseñar un equipo que mantendrá una temperatura de 22ºC en un edificio que presenta unas pérdidas de calor de 8 kw, para lo que extraerá el calor de las aguas de un embalse próximo que se mantiene a una temperatura de 2ºC, empleando para ello una bomba de calor que tiene un consumo de 0,5 kw.

Caso de estudio

Los siguientes ejercicios hacen referencia al rendimiento máximo teórico que se puede obtener de una máquina térmica.
Una máquina térmica reversible con un rendimiento del 30% y cuyo foco frío se encuentra a 107ºC, cede una cantidad de calor de 120 kcal a dicho foco frío durante cada ciclo. Determina la temperatura y el calor cedido por el foco caliente.
Una máquina térmica se encuentra funcionando entre dos focos a 27ºC y a 227ºC y tiene un rendimiento del 25% del máximo posible. Se repite el ciclo con una frecuencia de 5 veces cada segundo, siendo su potencia 20 kW. Determina el trabajo que se produce en cada ciclo y cuántas kcal/hora cede al foco frío.
Para mantener una temperatura en su interior de -18ºC un congelador funciona con un COP real de 1/3 de su valor teórico máximo, para ello consume una potencia de 2kw. Si consideramos que la temperatura ambiental permanece a 20ºC. Determina la energía que se tiene que extraer del congelador.
Una máquina térmica trabaja entre dos focos a 300 ºC y 100 ºC. Absorbiendo una cantidad de calor Q1 = 100 Kcal y cediendo un trabajo de 50.KJ.
Determinar:
a) El rendimiento de la máquina térmica.
b) El máximo rendimiento que podría llegar a tener esa máquina térmica.
c) El calor cedido a la fuente fría.

Una máquina térmica absorbe 900 J de un foco caliente que se encuentra a 177ºC, presentando una eficiencia del 40%.
Determina:

a) Calor cedido al foco frío

b) Temperatura a que se encuentra el foco frío.

Caso de estudio

CICLO DE CARNOT

Un gas ideal diatómico (cv=5/2 R) se encuentra inicialmente a una temperatura T1=27ºC, una presión p1=105 Pa y ocupa un volumen V1=0.4 m3. El gas se expande adiabáticamente hasta ocupar un volumen V2=1,2 m3. Posteriormente se comprime isotérmicamente hasta que su volumen es otra vez V1 y por último vuelve a su estado inicial mediante una transformación isócora. Todas las transformaciones son reversibles.

a) Dibuja el ciclo en un diagrama p-V. Calcula el número de moles del gas y la presión y la temperatura después de la expansión adiabática.
b) Calcula la variación de energía interna, el trabajo y el calor en cada transformación.

Un frigorífico que actúa según un ciclo de Carnot, funciona con 18 moles de un gas ideal monoatómico, realizando ciclos de 2 s de duración. Las temperaturas de los focos son 450 K y 150 K y consumiendo una potencia de 60 kW.
Se pide:
a) Dibuja el ciclo en un diagrama p-V especificando las transformaciones que lo componen. Calcula la eficiencia.
b) Calcula el calor intercambiado en cada etapa y la relación entre los volúmenes en la compresión isoterma.
c) Sabiendo que después de la expansión isoterma el volumen del gas es V3= 0.5 m3, calcula la presión y el volumen después de la compresión adiabática.

Caso de estudio

En una transformación termodinámica se comprime un gas isobáricamente a una presión de 0,8 atm desde un volumen de 9 dm3 hasta 2dm3, mientras transcurre el proceso el gas cede al ambiente una energía calorífica de 400j.

Determinar: Trabajo que realiza el gas durante la transformación y el incremento de energía interna que experimenta el gas.

Una cantidad de gas ideal constituida por cinco moles, sufren una transformación por la que se expanden a temperatura constante de 127ºC, hasta que ocupan un volumen cuatro veces mayor que el inicial.
Determinar: el trabajo realizado por el gas durante el proceso y el calor total cedido al sistema.
Dos moles de un gas ideal que se encuentra a 27ºC y 0,4 atm., se comprimen isotérmicamente hasta alcanzar una presión de 1,2 atm.
Determinar: El volumen final del gas. El trabajo realizado por el gas durante el proceso, y el calor que se transfiere.
Un gas ideal que se encuentra a 27ºC se expande isobáricamente hasta alcanzar 2,5 kPa, durante el proceso su volumen aumenta de 1 m3 a 3 m3, se aportan al sistema 12,5 KJ de calor para realizar el proceso.
Determine: La modificación de energía interna del gas, y su temperatura el final del proceso.