tp sobre carnot

1. Problemas de la Segunda ley de la Termodinámica (ENTROPIA) y Ciclos
1. Durante un proceso de adición de calor isotérmico de un ciclo de Carnot, se
agregan 900 kJ al fluido de trabajo de una fuente que esta a 400 oC.
Determine a) Cambio de entropía del fluido, b) Cambio de entropía de la
fuente, c) Cambio de entropía total para todo el proceso.
Respuesta:
El proceso es reversible e isotérmico por lo que el cambio de entropía para un
proceso a temperatura constante se determina así:
cte
T
T
Q
S =

=
Δ
La temperatura del proceso es de 400 oC en grados absolutos seria 400 + 273 =
673 K.
a) Cambio de entropía del fluido: el fluido recibe calor por lo tanto esta
transferencia es positiva, entonces:
K
kJ
K
kJ
T
Q
S
fluido
fluido
fluido /
,
Δ 337
1
673
900
=
=
=
b) Cambio de entropía de la fuente: la fuente cede calor por lo tanto la
transferencia es negativa, entonces:
k
kJ
K
kJ
T
Q
S
fuente
fuente
fuente /
,
Δ 337
1
673
900
−
=
−
=
=
c) Cambio de entropía total para todo el proceso: podemos considerar un sistema
y sus alrededores como dos subsistemas de un sistema aislado, y el cambio de
entropía de este durante un proceso resulta de la suma de los cambios de
entropía del sistema y los alrededores, la cual es igual a la generación de entropía
porque un sistema aislado no involucra transferencia de entropía. Es decir:
0

+
=
= s
alrededore
sistema
total
generada S
S
S
S Δ
Δ
Δ
Donde la igualdad se cumple para procesos reversibles y la desigualdad para
procesos irreversibles. Mientras mas grande sea la entropía de un proceso mas
irreversible es, ninguna entropía se genera en los proceso reversible, por lo tanto
Sgenerada = 0. El cambio de entropía de un proceso (ΔStotal) puede ser negativo
pero la entropía generada no. Lo dicho anteriormente puede resumirse así:
Esta relación sirve como criterio decisivo si un proceso es reversible, irreversible o
imposible.
Tomando en cuenta esto para el problema que nos ocupa tenemos que:

2. ΔStotal = Sistema + Salrrededores = ΔSfluido + ΔSfuente = (1,337 – 1,337)kJ/K = 0, esto
implica que la Sgenerada = 0 lo cual concuerda con el enunciado del problema
(proceso reversible).
2. El refrigerante 134ª (T cambio de estado es -15,62 °C) entra como mezcla
saturada de líquido vapor a una presión de 160 kPa en el serpentín de un
evaporador de un sistema de refrigeración. El refrigerante absorbe 180 kJ
de calor del espacio refrigerado que se mantiene – 5 oC y sale como vapor
saturado a la misma presión. Determinar a) cambio de entropía del
refrigerante, b) Cambio de entropía del espacio refrigerado, c) Cambio de
entropía total.
Respuesta.
En la zona de mezcla saturada la presión y la temperatura son constantes, por lo
tanto la temperatura del refrigerante sea la temperatura de saturación a la presión
dada de 160 kPa, por lo que Ts = - 15,62 oC.
a) Cambio de entropía del refrigerante:
K
KJ
K
kJ
K
kJ
T
Q
S
ref
ref
ref /
,
,
)
,
(
Δ 699
0
4
257
180
273
62
15
180
=
=
+
−
=
=
b) Cambio de entropía del espacio refrigerado:
K
KJ
K
kJ
K
kJ
T
Q
S
er
er
er /
,
)
(
Δ 672
0
268
180
273
5
180
−
=
−
=
+
−
−
=
=
El Qer es negativo ya que el espacio refrigerado cede calor.
c) Cambio de entropía total:
ΔStotal = ΔSistema + ΔSalrrededores = ΔSref + ΔSer = (0,699 – 0,672)kJ/K = 0,027 kJ/k
por el resultado obtenido el proceso es posible e irreversible., ya que Sgenerada =
0,027 kJ/k.
3. Un gas ideal diatómico recorre un ciclo frigorífico reversible formado por dos
líneas adiabáticas y dos isócoras con V1 = 18,0 dm3 y V3 = 28,0 dm3.
Calcule su eficiencia.
Determine el incremento de entropía de un kilogramo de agua que, a presión
constante, se calienta desde T1 = 27º C hasta T2 = 100º C de las siguientes
formas:
a) Con una llama a T3 = 700º C.
b)Con una resistencia eléctrica cuya temperatura es de T3 = 300º C.
Desprecie la dilatación del agua y tome su calor específico como 1,00 cal/gK.
4. En un calorímetro adiabático se mezclan m1 = 30,0 g de hielo a T1 = 0,00º
C con m2 = 200,0 g de agua a T2 = 50,0º C. Sabiendo que el calor de
fusión del hielo vale L = 80,0 cal/g y el calor específico del agua es c = 1,00
cal/gK, determine los incrementos de entropía que experimentan el sistema
y el universo.

3. 5. Un gas ideal diatómico recorre un ciclo frigorífico reversible formado por dos
líneas adiabáticas y dos isócoras con V1 = 18,0 dm3 y V3 = 28,0 dm3.
Calcule su eficiencia.
Datos: V1 = 18,0 dm3 , V3 = 28,0 dm3
Cuestión: Calcule la eficiencia.
6. Un gas diatómico, cv=5R/2, describe el ciclo
de Carnot de la figura. Las transformaciones
A-B y C-D son isotermas y las
transformaciones B-C y D-A son adiabáticas.
• Hallar los valores de la presión, el volumen,
y la temperatura de cada uno de los vértices
A, B, C y D a partir de los datos
suministrados en la figura.
• Hallar el rendimiento del cicloDato: R=8.314
J/(ºK mol)=0.082 atm.l/(ºK mol)
• Calcular la variación de entropía del ciclo
7.
8.
9.
1
4
3
2
2
1
14
32
21
T
T
T
T
T
T
W
W
Q
W
Q
E
consumido
absorbido
−
+
−
−
=
+
−
=
−
=

4. 10.
11.
12.
13.
14.