Ciclos termodinámicos 01

 

0,32 moles de gas, que inicialmente ocupan 2,2 L a una presión de 2,4 atm recorren un ciclo formado por tres procesos:

El gas se caliente a presión constante hasta que su volumen es de 4,4 L, después se enfría a volumen constante hasta que la presión disminuye a 1,2 atm y finalmente se comprime isotérmicamente hasta volver al estado inicial.

Calcula el trabajo y calor intercambiados en cada etapa y rendimiento del ciclo.

 

 

Solución:

Datos: n = 0,32 moles; V1 = 2,2 L; P1 = 2,4 atm

CICLOS TERMO 01, 4

Etapa A–B (isobárica).

Datos: VA = V1 = 2,2 L; VB = V2 = 4,4 L; PA = P1 = 2,4 atm

WA,B = PA (VB – VA) = 2,4 atm·(4,4 – 2,2) L = 5,28 atm L

CICLOS TERMO 01,2

Calor a presión constante:

QA,B = n cp (TB – TA) = n cp (T2 – T1)

Ecuaciones de los estados A y B:

CICLOS TERMO 01,3

CICLOS TERMO 01, 4

Etapa B–C  (isocórica).

Datos: VC = VB = V2 = 4,4 L; PC = P2 = 1,2 atm

Volumen constante: WB,C = 0

CICLOS TERMO 01, 5

QB,C = ΔUB.C + WB,C = n cV (TC – TB) + 0 = n cV (T1 – T2)

Ecuaciones de los estados B y C:

CICLOS TERMO 01, 6

CICLOS TERMO 01, 4

Etapa C–A (isotérmica).

Datos: TA = TC = T1; PA = P1; VA = V1; PC = P2; VC = V2

CICLOS TERMO 01, 8

Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y la temperatura es constante, la energía interna no varía durante la expansión isotérmica de un gas ideal, por tanto:

CICLOS TERMO 01, 9        

Conclusión:

Trabajo intercambiado en el ciclo:

W = WA,B + WB,C + WC,A = (533 + 0 – 370) J = 163 J

Calor intercambiado en el ciclo:

Q = QA,B + QB,C + QC,A = (1333 – 800 – 370) J = 163 J

El calor y el trabajo intercambiados son iguales. Resultado lógico ya que la variación de energía interna en el ciclo es cero.

Rendimiento:

CICLOS TERMO 01, 10

El 12,2% del calor tomado en el ciclo se convierte en trabajo y el 87,8% restante se devuelve.

 

 


Deja un comentario

AYUDA EL SAPO SABIO

Categorías
Canal Sapo Sabio
Numen, rock progresivo