LA SEGUNDA LEY Y LA ENTROPÍA

J u e v e s , 1 5 d e d i c i e m b r e d e 2 0 1 1

Jorge Iván Castro Heredia

Entre dos fuentes térmicas a 680 y 490 °K se transfiere una cantidad de calor de 100 KJ. El ambiente se encuentra a 300 °K.

Determínese:

a) La variación de entropía en cada una de las fuentes térmicas, en KJ/°K.b) La producción de entropía en la región de la transferencia de calor, en KJ/°K.c) El tanto por ciento en que se reduce el potencial de trabajo de los 100 KJ debido a su transferencia a la fuente a 490 °K.d) El tanto por ciento en que se incrementa el potencial de trabajo de los 100 KJ a 680 °K si T0

desciende hasta 275 °K.

Se dispone de energía en una cantidad de 3,000 KJ a partir de una fuente térmica a 800 °K. La temperatura del ambiente es de 300 °K. Esta energía se transfiere en forma de calor desde la fuente térmica a 800 °K a otra fuente térmica a 600 °k..

Determínese:

a) La variación de entropía en cada una de las fuentes térmicas, en KJ/°K.b) La producción de entropía en la región de la transferencia de calor, en KJ/°K.c) El tanto por ciento en que se reduce el potencial de trabajo de la cantidad de calor dada debido a su transferencia a la fuente a 600 °K.

Se dispone de energía en una cantidad de 3,000 Btu a partir de una fuente térmica a 1,500 °R. La temperatura del ambiente es de 500 °R. Se transfiere calor desde la fuente térmica a 1,500 °R a otra fuente térmica a 1,100 °R.

Determínese:

a) La variación de entropía en cada una de las fuentes térmicas, en Btu/°R.b) La producción de entropía en la región de la transferencia de calor, en Btu/°R.c) El porcentaje en que se reduce el potencial de trabajo de la cantidad de calor dada debido

a su transferencia a la fuente a 1,100 °R.

Se dispone de una energía de 5,000 Btu a partir de una fuente térmica a 1,600 °R. La temperatura del ambiente es de 510 °R. Se transfiere calor desde la fuente térmica a 1,600 °R a otra fuente térmica a 900 °R.

Determínese:

a) La variación de entropía en cada una de las fuentes térmicas, en Btu/°R.b) La producción de entropía en la región de la transferencia de calor, en Btu/°R.c) El tanto por ciento en que se reduce el potencial de trabajo de la cantidad de calor dada, debido a su transferencia a la fuente a 900 °R

Se transfiere una cantidad de calor de 2,000 KJ entre una fuente térmica a 700 °K y otras cuatro fuentes térmicas a (1) 600°K, (2) 500°K, (3) 400°K, y (4) 300°K. La temperatura T0 del ambiente es 300°K.

(a) Determínese por separado la producción de entropía, en KJ/°K, de la transferencia de calor desde la fuente térmica a 700°K hacia las otras cuatro. Represéntense, gráficamente los resultados en función de la temperatura de baja.

(b) Obténgase el potencial de trabajo, en KJ de los 2,000 KJ cuando se hallan en los cinco niveles diferentes de temperatura. Represéntese gráficamente la perdida de potencial de trabajo para cada uno de los cuatro intercambios de calor en función de la temperatura de baja.

T

S

T

W

Para disminuir la tensión desde 220 a 110 V se utiliza un transformador eléctrico. La intensidad de la corriente en la zona de la tensión alta es 23 A y en la baja es de 43 A. El transformador funciona en régimen estacionario con una temperatura en su superficie de 40°C.

Determínese:

a) el flujo de calor del dispositivo en vatios.b) la producción de entropía en V/°K.

Se dispone de una energía de 5,000 KJ a partir de una fuente térmica a 900°K. La temperatura del ambiente es de 280°K- Esta energía se transfiere en forma de calor desde la fuente térmica de 900°K a otra fuente térmica de 500°k.

Determínese:

a) La variación de entropía en cada una de las fuentes térmicas, en KJ/°K.b) La producción de entropía en la región de la transferencia de calor, en KJ/°K.c) El tanto por ciento en que se reduce el potencial de trabajo de la cantidad de calor dada, debido

a su transferencia a la fuente a 500°k.

a) b)

Un motor térmico funciona entre dos fuentes térmicas a temperaturas de TFA y TFB de 1,500 y 300°K, respectivamente. Para un flujo de calor suministrado de 20,000KJ, obténgase el flujo de calor cedido, la potencia obtenida, el rendimiento térmico y la perdida de potencial de trabajo cuando:

a) el dispositivo es totalmente reversible.b) el dispositivo es internamente reversible, pero recibe y cede el calor a 700°K y 350°K en lugar de

1,500°K y 300°K, T0 = 300°K.

Desde una fuente térmica a 880°K se transfiere la cantidad de calor de 100KJ a una segunda fuente térmica a 360°K. El ambiente se encuentra a 300°K.

a) Calcúlese la variación de entropía de cada una de las fuentes térmicas en KJ/°Kb) Calcúlese la producción de entropía en la región de la transferencia de calor en KJ.c) Determínese la perdida en el potencial de trabajo de los 1,000KJ debida al proceso de transferencia irreversible del calor, en KJ.d) Obténgase el porcentaje en que se incrementa el potencial de trabajo de los 1,000kj a 880°K, si T0 desciende hasta 280°K.

Una maquina térmica reversible opera entre una fuente térmica de calor a temperatura T y otra fuente de 500°R. En régimen estacionario, la maquina desarrolla una tasa de trabajo neto de 54 hp mientras cede 950 Btu/min de energía por transferencia de calor a la fuente térmica de baja temperatura.

Determínese:

a) El rendimiento máximo de la maquina térmica b) La temperatura en °R. .