Activitats: Termodinàmica

1.Una màquina tèrmica té una potència útil de 200 CV. Quin serà el seu consum de gas natural a a 3 atmosferes i 68 ªF (PC en C/N= 11000 kcal/m3) per hora de funcionament si té un rendiment del 55%? 

2.Determina la quantitat de carbó (PC= 36780 kJ/kg) que cal per vaporitzar completament 50 kg d’aigua que es troba a una temperatura de -20ºC perquè sempre assoleixi els 100ºC a una pressió d’1 atmosfera, segons les taules. ( ce del gel =2,05 kJ/(kg·ºC); ce de l’aigua = 4,18 kJ/(kg·ºC).)

3.Determina la pressió p a la qual es trobarà una massa  m=1kg d’oxigen  (O2) a T= 40ºC si és dins d’un recipient de V=25 L ( 1 mol d’oxigen té una massa de 32g)

4.Una caldera mixta de calefacció d’aigua calenta funciona amb gas natural de poder calorífic Pc= 62 MJ/kg. Quan només subministra aigua calenta, pot donar-te fins a un cabal de q=13,2 L/min i elevar-ne la temperatura fins a t=30ºC . Determina , en aquestes condicions:

  1. La potència útil (P), tenint en compte que la calor específica de l’aigua  (ce aigua) és de 4,18 J/(g·ºC)

  2. El rendiment (η), si el consum de combustible (qcomb) és de 0,52 g/s.

  3. El temps (t) i el combustible (m) necessaris per escalfar 30ºC un volum d'aigua de 180 L. 

5. Un recipient aïllat del seu entorn amb un volum V=3 L d’aigua cau de h= 100 m d’alçada i xoca inelàsticament amb el terra. Si la temperatura inicial de l’aigua era de T1= 15ºC, quina serà la variació de la seva energia interna  ΔU ? I la seva temperatura  T2 després del xoc?  

6. Un dipòsit rígid que conté 10 L d’aigua es col·loca sobre una estufa que transfereix 100 KJ a l’aigua. mentre que a través de les parets es produeix unes pèrdues equivalents a 25kJ. Al mateix temps, una hèlice moguda per un motor que consumeix una potència P=25W i amb un rendiment  η=0,85 agita l’aigua durant 30 minuts. Determina la variació de l’energia interna de l’aigua en el procés i la temperatura final T2 de l’aigua si la temperatura inicial era de T1= 18ºC (Ce(aigua)=4,18 kJ/kg·ºC )   

7. Determina la força F i el treball W que realitzarà un cilindre pneumàtic de Φ=16 cm de diàmetre que es desplaça   Δx=150 mm. La pressió del sistema és de p= 6 bar i roman constant durant tot el procés.

8. Un volum V1= 1 L d’un gas a T= 20ºC s’expandeix des d’una pressió inicial de p1= 12 atmosferes fins a assolir un volum de V2 = 10 L. Determina el treball realitzat durant l’expansió:

  1. Quan l’expansió és isotèrmica 

  2. Quan l’expansió és adiabàtica amb Υ=1,4 (coeficient adiabàtic)

  3. Dibuixa en un diagrama pV els dos processos. 

NOTA: 

TK=TC+ 273

TF=(9/5)·TC+32

p·V=n·R·T, on p=Pressió en Pa, V=Volum en m3, n= nombre de mols, R= constant universal dels gasos = 8,314 J/(K·mol), T= temperatura absoluta en ºK

Q= ΔU +W , on Q= Calor que entra o surt del sistema, ΔU= variació d’energia interna que pateix el sistema, W= treball fet o rebut pel sistema. 

Processos isobàrics : W1→2=F· Δx = p· ΔU p·V2-V1) 

Processos isocors. W1→2= p·(V2-V1)=0, ja que V2-V1=0

Processos isotèrmics:  W1→2= n·R·T·ln(V2/V1)

Processos adiabàtics : W1→2= (p2·V2-p1·V1)/( 1-Υ),  on Υ= coeficient adiabàtic.