Termodinamica - Ciclo Inverso De Carnot 6c4e1l

Tarea 4 Curso: Termodinámica Instrucción: resuelve y explica los siguientes ejercicios: MÓDULO 10 EJERCICIO 01. Dibuja el ciclo inverso de Carnot en coordenadas apropiadas. Explica cada proceso del ciclo. EJERCICIO 02. Un sistema de refrigeración posee los siguientes elementos: condensador, evaporador, válvula de expansión y compresor. Explica cada uno de estos elementos. EJERCICIO 03. En refrigeración se usan sustancias refrigerantes. Hacer un listado de los principales refrigerantes indicando sus principales propiedades. EJERCICIO 04. Describir el uso del frio en la industria de la anchoveta. MÓDULO 11 EJERCICIO 05.Las caras de una pared miden 10 x 5 pies, deberán mantenerse a 1300 y 300°F. La pared está hecha de ladrillo de caolín aislante. Si la cantidad de calor que se pierde por hora es de 22 000 Btu/hr, ¿cuál será el espesor de la pared aislante? (k = 0.25 Btu/h. pie2.(°F/pie) a) 12.8 pulg. b) 11.8 pulg. c) 13.2 pulg. d) 12.3 pulg. e) Ninguna. EJERCICIO 06. Calcular el coeficiente de convección del aire sobre una ventana en W/m 2K, sabiendo que la temperatura en el interior es de 12 °C y la temperatura del aire exterior es 5 ºC. Además, se sabe que las dimensiones de la ventana son de 5 x 10 pies. La tasa de calor que pierde la casa es de 50 Watts. a) 6.3 b) 5.6 c) 5.5 d) 6.5 e) Ninguna. EJERCICIO 07. Una persona demora 10 min en decidir qué ropa ponerse en la mañana mientras se encuentra totalmente desnuda. Si la temperatura de la persona es de 36 °C, ¿qué energía neta pierde su cuerpo por radiación? Suponer que la emisividad de la piel es de 0.85 y que el área de la superficie de la persona es de 1.45 m2 . (Constante de Boltzman: [σ = 5.67 x 10-8 W/m2 K 4 ]) b) 371.2 W Ninguna.

b) 736.1 W

c) 673.1 W

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d) 637.1 W

e)

EJERCICIO 08. Una carretera de superficie ennegrecida a una temperatura de 330 K recibe energía radiante del Sol por un valor de 710 W/m2 . Calcular en W/m2 la radiación neta ganada por cada m2 de la superficie de la carretera. (e = 0.97) σ = 5.67 x 10-8 W/m2 K 4 a) 57.8

b) 55.6

c) 65.5

d) 56

e) Ninguna.

EJERCICIO 09. La pared de un horno está formada por tres capas de ladrillo. La pared interior se construye de 8 plg. de ladrillo refractante. K=0.68 Btu/h,pie2.(°F/pie). Seguida de 5 plg. de ladrillo aislante, k=0.15, y una capa externa de 6 plg. De ladrillo de construcción k=0.40. El horno opera a 1500 °F y se sabe que la pared externa puede ser mantenida a 125°F circulando aire. ¿Cuánto calor se perderá por pie de superficie? Utilizar la siguiente expresión para paredes contiguas. Q = −k. A.

∆T L

=−

b) 427.5 W Ninguna.

[Ti−Tf] L k.A

[Ti−Tf]

En base a la ecuación de Fourier:

Q̇ = −

b) 247.5 W

d) 724.5 W

c) 274.5 W

L1 L2 L3 + + k1.A k2.A k3.A

e)

MÓDULO 12 EJERCICIO 10. En las siguientes figuras, describir el tipo de intercambiador de calor (en contracorriente, paralelo o flujo combinado) y la naturaleza del calor intercambiado (si es sensible o latente, con cambio de fase o sin cambio de fase) a)

b)

2

c)

d)

e)

a) CONTRACORRIENTE.................................................................................................. ..................................................................................................................................... ..........…………………………………………………………………………………….…… …………………………………………………………………………………………………. . b) .FLUJO-PARALELO ...................................................................................................................................... ..................................................................................................……… …………………………………………………………………………….…………………… …………………………………………………………………………………. c) ...................................................................................................................................... ................................................................................................................……………… 3

…………………………………………………………………….…………………………… …………………………………………………………………………. d) ...................................................................................................................................... ................................................................................................................……………… …………………………………………………………………….…………………………… ………………………………………………………………………….. e) ...................................................................................................................................... ................................................................................................................……………… …………………………………………………………………….…………………………… ………………………………………………………………………….

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Rúbrica de evaluación (Aplica para cada ejercicio)

CRITERIOS

Criterio 1

Criterio 2

ESCALA DE CALIFICACIÓN POR EXCELENTE MEJORAR 1 punto 0.5 puntos Identifica Identifica correctamente correctamente algunos datos todos los datos según el tipo según el tipo de ejercicio, de ejercicio, presentando presentando orden, orden, claridad claridad y y organización. organización. Produce Produce correctamente correctamente algunos ítems todo lo solicitados en solicitado en el el ejercicio, ejercicio, presentando presentando orden, orden, claridad claridad y y organización. organización.

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PUNTAJE DEFICIENTE 0 puntos No identifica correctamente los datos según el tipo de ejercicio, no presenta orden, claridad y organización. No produce correctamente lo solicitado en el ejercicio, no presenta orden, claridad y organización.

TERMODINAMICA

TRABAJO DE CAMPO 4

PROFESORA: MIRIAM BRAVO

INTEGRANTE:

Apolinares Silva, Ivett

2018 6

MODULO 10 EJERCICIO 01. Dibuja el ciclo inverso de Carnot en coordenadas apropiadas. Explica cada proceso del ciclo. Ciclo inverso de Carnot El ciclo de la máquina térmica de Carnot recién descrito es totalmente reversible, por lo tanto todos los procesos que abarca se pueden, en cuyo caso se convierte en el ciclo de refrigeración de Carnot. Esta vez, el ciclo es exactamente el mismo excepto que las direcciones de las interacciones de calor y trabajo están invertidas: el calor en la cantidad Q L se absorbe de un depósito a baja temperatura, el calor en la cantidad QH se rechaza hacia un depósito a alta temperatura, y se requiere una cantidad de trabajo W neto, entrada para completar todo esto. El diagrama P V del ciclo de Carnot invertido es el mismo que corresponde al ciclo de Carnot, excepto que se invierten las direcciones de los procesos. Puesto que el ciclo de Carnot es un ciclo reversible, los cuatro procesos que lo componen, son dos isotérmicos y dos procesos isentrópicos, todo se puede invertir así. Cuando esto sucede, se llama una inversión ciclo de Carnot. Un refrigerador o bomba de calor que actúa sobre el ciclo de Carnot inverso se llama un refrigerador de Carnot y bomba de calor de Carnot respectivamente. Es decir: Proceso 1-2: Se transfiere (absorción) calor reversiblemente desde la región fría TL de forma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de fase. Proceso 2-3: Se comprime el refrigerante isoentrópicamente, hasta que alcanza la temperatura máxima TH. Proceso 3-4: Se transfiere calor reversiblemente a la región caliente a TH, de forma isoterma, donde el refrigerante experimenta cambios de fase (vapor a líquido). Proceso 4-1: Se expande el refrigerante isoentrópicamente hasta, alcanzar la temperatura mínima TL. .

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EJERCICIO 02. Un sistema de refrigeración posee los siguientes elementos: condensador, evaporador, válvula de expansión y compresor. Explica cada uno de estos elementos. 1. Válvula de expansión  El ciclo de regulación ocurre entre el condensador y el evaporador, en efecto, el refrigerante líquido entra en el condensador a alta presión y a alta temperatura, y se dirige al evaporador a través del regulador.  La presión del líquido se reduce a la presión de evaporación cuando el líquido cruza el regulador, entonces la temperatura de saturación del refrigerante entra en el evaporador y será en este lugar donde se enfría.  Una parte del líquido se evapora cuando cruza el regulador con el objetivo de bajar la temperatura del refrigerante a la temperatura de evaporación. 2. La evaporación  En el evaporador, el líquido se vaporiza a presión y temperatura constantes gracias al calor latente suministrado por el refrigerante que cruza el espacio del evaporador. Todo el refrigerante se vaporizada completamente en el evaporador, y se recalienta al final del evaporador.  Aunque la temperatura del vapor aumenta un poco al final del evaporador debido al sobrecalentamiento, la presión se mantiene constante.  Aunque el vapor absorbe el calor del aire alrededor de la línea de aspiración, aumentando su temperatura y disminuyendo ligeramente su presión debido a las pérdidas de cargas a consecuencia de la fricción en la línea de aspiración, estos detalles no se tiene en cuenta cuando uno explica el funcionamiento de un ciclo de refrigeración normal. 3. La compresión  Por la acción del compresor, el vapor resultante de la evaporación es aspirado por el evaporador por la línea de aspiración hasta la entrada del compresor. En el compresor, la presión y la temperatura del vapor aumenta considerablemente 8

gracias a la compresión, entonces al vapor a alta temperatura y a alta presión es devuelto por la línea de expulsión. 4. La condensación  El vapor atraviesa la línea de expulsión hacia el condensador donde libera el calor hacia el aire exterior. Una vez que el vapor ha prescindido de su calor adicional, su temperatura se reduce a su nueva temperatura de saturación que corresponde a su nueva presión. En la liberación de su calor, el vapor se condensa completamente y entonces es enfriado.  El líquido enfriado llega al regulador y está listo para un nuevo ciclo.

EJERCICIO 03.

En refrigeración se usan sustancias refrigerantes. Hacer un listado de los principales refrigerantes indicando sus principales propiedades. En trabajos a temperaturas extra bajas o en instalaciones con grandes compresores centrífugos, se usan refrigerantes especiales, pero para refrigeración comercial y aire acondicionado que utilizan compresores reciprocantes, se usan refrigerantes R-134a, R22, R-404A, R-507 y R-410A. Muchos refrigerantes en uso actualmente contienen, carbono, flúor, cloro, y en algunos casos hidrógeno. La excepción son el amoniaco y los HFC ( Hidrofluorocarbonos ).  CFC (FLÚOR, CARBÓN, CLORO): Clorofluorocarbono, no contiene hidrógeno en su molécula química y por lo tanto es estable, esta estabilidad hace que permanezca mucho tiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de ozono y es una de las causas del efecto invernadero ( R11 , R12, R15)

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 HCFC (HIDRÓGENO, CARBÓNO, FLÚOR, CLORO): Es similar a la anterior pero con átomos de hidrógeno en su molécula, posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono (R-22).

 HFC ( HIDRÓGENO, FLÚOR, CARBONO) : es un fluorocarbono sin cloro con átomos de hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro.( R-134a).

EJERCICIO 04. Describir el uso del frio en la industria de la anchoveta.

La anchoveta peruana, Engraulis ringens, conocida bajo denominaciones tales como anchoveta negra o peladilla (Chirichigno et al., 1982), es una especie pelágica que se encuentra distribuida entre los 04º00 LS en el mar peruano y los 37º00 LS en el mar chileno (Compendio Biológico Tecnológico de especies hidrobiológicas del Perú. ITP IMARPE, 1996.; PECC Symposium, New Zealand, 1996). El volumen de captura de esta especie sólo en Perú constituye un promedio de siete millones de toneladas métricas, constituyéndose por este motivo como una de las masas biológicas más abundantes e importantes en el mundo (Compendio estadístico económico financiero Perú 2000, 2001). Esta especie es de gran importancia económica para la pesquería del Perú y representa una gran industria de harina y aceite de pescado. Actualmente existe interés en su uso para consumo humano directo, lo cual determina la necesidad de contar con estudios referenciales. Tanto el enfriamiento –generalmente con hielo– como la congelación pueden generar productos estables.‘El uso de hielo en pequeñas embarcaciones pesqueras’, 1995. El pescado necesita de una rápida refrigeración o congelación después de su captura y muerte, si no, las variaciones de temperatura y la composición atmosférica influirán negativamente en la composición bioquímica, afectando considerablemente a la vida comercial del producto. Pero, igualmente importante, es que estas condiciones se mantengan estables hasta el momento en que el pescado llega al consumidor. La refrigeración evaporativa en la industria pesquera: principios básicos Pero la historia del frío y de los productos de mar no se detiene en alta mar, más bien se podría decir que allí no hace más que comenzar. La siguiente parada se produce en las plantas frigoríficas para la industria del procesado, congelado y distribución de congelado. 10

Aquí entra en juego la tecnología de la refrigeración evaporativa, que desempeña un papel fundamental en la industria moderna y, más concretamente, en el sector alimentario en su conjunto. Esta tecnología aporta eficiencia energética, ahorro económico, respeto medioambiental y seguridad para la salud. Esta tecnología presenta numerosas ventajas, entre ellas, de carácter energético y económico, particularmente en climas cálidos y secos. Sin las torres de enfriamiento y los condensadores evaporativos muchos de los procesos de las instalaciones de procesado y conservación de productos del mar no podrían realizarse o bien se efectuarían a un rendimiento muy inferior. La refrigeración industrial se utiliza aproximadamente en las dos terceras partes de las instalaciones de la industria alimentaria. La conservación de alimentos es más prolongada cuanto antes se consigue reducir su temperatura a niveles óptimos de almacenamiento. Como es obvio, la conservación de los productos del mar se asegura por medio de bajas temperaturas. Por otra parte, el acondicionamiento de aire industrial es otra aplicación de la refrigeración que se efectúa para lograr condiciones higrotérmicas adecuadas en las salas donde se procesan, manipulan y envasan dichos productos. El aire acondicionado industrial difiere principalmente en el estado del aire suministrado, definido por el nivel más bajo de la temperatura de proceso, la humedad precisamente controlada, un filtrado más estricto y la eliminación previa de contaminantes. Niveles óptimos de refrigeración para la manipulación y conservación de frescos y congelados: refrigeración por amoniaco La conservación de todos los productos pesqueros asi como la anchoveta que se consumen se asegura por medio de las bajas temperaturas, que deben mantenerse estables en todo el proceso de tratamiento con objeto de que el producto llegue al consumidor final con la mayor calidad. Cuanto antes se consiga reducir y mantener la temperatura a los niveles óptimos de almacenamiento, más prolongada resultará la conservación de alimentos. En el caso de la industria pesquera, la refrigeración abarca todo el proceso, que pasa por la industria manufacturera y su conservación antes de que el producto llegue al consumidor final. En las instalaciones frigoríficas de la industria alimentaria, el refrigerante empleado habitualmente es el amoniaco, cuya utilización en instalaciones frigoríficas que condensan con agua refrigerada por equipos de enfriamiento evaporativo constituye una tecnología extraordinariamente eficiente. Como refrigerante, el amoniaco ofrece tres ventajas distintivas:  Tiene propiedades termodinámicas muy adecuadas, lo que da como resultado que los sistemas de refrigeración con amoniaco sean, generalmente, muy eficientes y, por tanto, consuman menos electricidad.  Es compatible con el medio ambiente al no destruir la capa de ozono y no contribuir al calentamiento atmosférico. 11

 El olor característico del amoniaco constituye su mayor garantía de seguridad. A diferencia de otros refrigerantes, que carecen de olor, la refrigeración con amoniaco tiene un record comprobado de seguridad, en parte porque las fugas son fácilmente detectables. La última parada: el mantenimiento de la cadena del frío En lo que se refiere al transporte y exposición de los alimentos del mar, los camiones y armarios frigoríficos culminan un viaje en el que el frío ha contribuido a aumentar la vida de los alimentos del mar y en que estos lleguen al consumidor con total garantía de calidad. También estos equipos han experimentado avances importantes en lo que se refiere a asegurar la eficiencia energética. La utilización de muebles frigoríficos (MFV) eficientes para la venta de productos perecederos permite obtener ahorros comprendidos entre el 25÷60% si se compara con un MFV tradicional. Esto es debido a que presentan menores necesidades frigoríficas y, en consecuencia, menor consumo energético. Los conceptos que permiten obtener estos beneficios son que disponen de un diseño optimizado del evaporador que permite el control de la temperatura con temperaturas de evaporación más altas que con los muebles tradicionales, emplean ventiladores de alta eficiencia, usan iluminación de bajo consumo e incluyen métodos de control y regulación con instrumentos PID, entre otros.

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