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INGENIERÍA MECÁNICA ELECTRICA FÍSICA II – MAQ. TERMICAS DOCENTE: MIGUEL A. BANCES TUÑOQUE

SITUACIONES PROBLEMÁTICAS DE MÁQUINAS TÉRMICAS. 1. Un motor de gasolina de un camión toma 10,000 J de calor y produce 2000 J de trabajo mecánico por ciclo. El calor se obtiene quemando gasolina, cuyo calor de combustión es:

Lc = 5.0 x 104 J/g. a) Calcule la eficiencia térmica del motor. b) ¿Cuánto calor se desecha en cada ciclo? c) ¿Cuánta gasolina se quema en cada ciclo? d) Si el motor ejecuta 25 ciclos por segundo, ¿qué potencia desarrolla en watts y en hp?

e) ¿Cuánta gasolina se quema por segundo? ¿Y por hora? 2. Un ingeniero está diseñando una máquina de calor cíclica que operara entre las temperaturas de 150°C y 27°C. a) ¿Qué eficiencia teórica máxima puede alcanzar? b) Suponga que la máquina, una vez construida, en cada ciclo efectúa 100 J de trabajo con un aporte de 500 J de calor. ¿Qué eficiencia tiene y que tan cercana esta de la eficiencia de Carnot? 3. Una maquina transfiere 2x103 J de energía de un deposito caliente durante un ciclo y transfiere 1.5x103 J conforme expulsa a un deposito frio. A) Encuentre la eficiencia de la máquina. B) ¿Cuanto trabajo realiza esta máquina en un ciclo? C) La potencia de salida de la máquina si se le dijera que la maquina opera a 2 000 rpm (revoluciones por minuto) DOCENTE: MIGUEL A. BANCES TUÑOQUE FÍSICA II

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4. Cierto refrigerador tiene un coeficiente de rendimiento de 5.00. Cuando el refrigerador está en funcionamiento, su potencia de entrada es de 500 W. Una muestra de agua de 500 g de masa y 20.0°C de temperatura se coloca en el compartimiento de congelador. ¿Cuánto tarda en congelar el agua a 0°C? Suponga que las otras partes del refrigerador permanecen a la misma temperatura y no hay fugas de energía al exterior, así que la operación del refrigerador resulta solo en energía que se extrae del agua. 5. Una máquina de vapor tiene un calentador que funciona a 500 K. La energía del combustible quemado cambia el agua líquida a vapor, y este vapor después impulsa un pistón. La temperatura del depósito frio es la del aire exterior, aproximadamente 300 K. ¿Cuál es la máxima eficiencia térmica de esta máquina de vapor? 6. Una maquina térmica admite 360 J de energía de un deposito caliente y realiza 25.0 J de trabajo en cada ciclo. Encuentre a) la eficiencia de la máquina y b) la energía expulsada al depósito frio en cada ciclo.

7. Una maquina térmica tiene una potencia de salida mecánica de 5.00 kW y una eficiencia de 25.0%. La máquina expulsa 8 000 J de DOCENTE: MIGUEL A. BANCES TUÑOQUE FÍSICA II

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energía de escape en cada ciclo. Encuentre a) la energía que admite durante cada ciclo y b) el intervalo de tiempo por cada ciclo. 8. Una máquina de Carnot toma 2000 J de calor de una fuente a 500 K, realiza trabajo, y desecha calor a una fuente a 350 K. ¿Cuánto trabajo efectúa, cuánto calor expulsa y qué eficiencia tiene? 9. Un motor Diésel efectúa 2200 J de trabajo mecánico y desecha (expulsa) 4300 J de calor en cada ciclo. a) ¿Cuánto calor debe aportarse al motor en cada ciclo? b) Calcule la eficiencia térmica del motor. 10.

Un motor de avión recibe 9000 J de calor y desecha 6400 J

en cada ciclo. a) Calcule el trabajo mecánico efectuado por el motor en un ciclo. b) Calcule la eficiencia térmica del motor. 11.

Un motor de gasolina recibe 1,61x104 J de calor y produce

3700 J de trabajo por ciclo. El calor proviene de quemar gasolina que tiene un calor de combustión de 4,60x104 J/g. a) Calcule la eficiencia térmica. b) ¿Cuánto calor se desecha en cada ciclo? c) ¿Qué masa de gasolina se quema en cada ciclo? d) Si el motor opera a 60 ciclos/s, determine su salida de potencia en kilowatts y en hp.

12.

Un motor de gasolina desarrolla una potencia de 180 kW

(aproximadamente 241 hp). Su eficiencia térmica es del 28.0%. a)

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¿Cuánto calor debe suministrarse al motor por segundo? b) ¿Cuánto calor desecha el motor cada segundo?

13.

Cierta planta nuclear produce una potencia mecánica (que

impulsa un generador eléctrico) de 330 MW. Su tasa de aporte de calor proveniente del reactor nuclear es de 1300 MW. a) Calcule la eficiencia térmica del sistema, b) ¿con qué rapidez desecha calor el sistema?

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