TERMODINAMICA I
MAQUINAS TERMICAS
EJEMPLO 18-1. LEVENSPIEL; 1996:229
Una fuente de calor a 100 °C suministra calor a un sumidero a 0 °C. Una máquina de Carnot que opera entre la fuente y el sumidero. Calcule la eficiencia de esta máquina suponiendo que la temperatura de la fuente y el sumidero permanecen sin cambio.
Solución.
EJEMPLO 18-2. LEVENSPIEL; 1996:229
Cien kilogramos de agua a 100°C suministran calor a una máquina de Carnot que descarga calor a un sumidero que consiste en 100 kg de agua fría a 0°C. La fuente se enfría, el sumidero se calienta y finalmente ambos terminan a la misma temperatura. Calcule:
a) la temperatura final de los 200 kg de agua
b) el trabajo que se puede obtener
Solución.
a) Si sólo se enfría agua caliente con la fría sin realizar trabajo, no considerando la máquina de Carnot,
Sin embargo, ésta no es la situación del problema, ya que se realiza trabajo, eliminando energía del sistema de agua caliente y fría, por lo que la temperatura final debe ser menor a 50°C. Para resolver el problema, si se está operando la máquina de Carnot en forma reversible, sin ninguna pérdida de calor con los alrededores, sólo entre el agua caliente y la fría, tenemos
EJEMPLO 18-3. LEVENSPIEL; 1996:231
Cien kilogramos de agua a 100°C suministra calor a una máquina de Carnot que descarga calor a un sumidero a 0°C. El proceso continua, el agua a 100°C se enfría y finalmente termina a 0°C. Calcular la cantidad máxima de trabajo que se puede obtener.
Solución.
Es una operación reversible de la máquina de Carnot,
EJEMPLO 18-4. LEVENSPIEL; 1996:232
Con una bomba de calor ideal determine cuánta energía puede bombearse en una casa, que se mantendrá a 27°C, desde el fondo de un lago cuya agua está a 7°C, por cada kW-hr de electricidad utilizada. Calcule el coeficiente de rendimiento de la bomba de calor en esta situación.
Solución.
Se representa la operación de la bomba reversible como una máquina de Carnot, solamente que opera al revés: extrae calor del sumidero de temperatura baja y lo expulsa en la fuente de temperatura alta y para que esto sea posible es necesario hacer trabajo sobre la bomba. Se trata de un refrigerador de Carnot.
Como puede notar, para los refrigeradores no se habla de eficiencia, sino de coeficiente de funcionamiento COP, definido exactamente inverso a la eficiencia.