Page 444 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

20.43. Una máquina de Carnot tiene una eficiencia de 48%. 20.46. En un refrigerador mecánico, los serpentines de
Si la sustancia de trabajo entra al sistema a 400°C, baja temperatura del evaporador están a — 30°C y el
¿cuál es la temperatura del escape? Resp. 350 K condensador tiene una temperatura de 60°C. ¿Cuál
20.44. Durante la fase de compresión de un motor de au­ es el coeficiente de rendimiento máximo posible?
tomóvil, el volumen de la mezcla de combustible 20.47. Un motor tiene una eficiencia térmica de 27% y una
disminuye de 18 a 2 in3. Si la constante adiabática temperatura de escape de 230°C. ¿Cuál es la tempe­
es de 1.4, ¿cuál es la eficiencia máxima posible del ratura de entrada más baja posible?
motor? Resp. 416°C
20.45. Cuántos joules de trabajo debe realizar el compre­ 20.48. El coeficiente de rendimiento de un refrigerador es
sor de un refrigerador para hacer que 1 kg de agua a de 5.0. Si la temperatura ambiente es de 28°C, ¿cuál
20°C se convierta en hielo a — 10°C? El coeficiente es la temperatura más baja posible que puede alcan­
de rendimiento es de 3.5. Resp. 126 kJ zarse dentro del refrigerador?

Preguntas para la reflexión crítica

20.49. Un gas se expande en oposición a un pistón móvil ¿Cuáles son el trabajo neto y el cambio total de la
y lo levanta una distancia de 2 in a velocidad cons­ energía interna en el proceso ABC? (c) ¿Qué tipo de
tante. ¿Cuánto trabajo realiza el gas si el pistón pesa proceso se ilustra en el caso BC1
200 Ib y tiene un área transversal de 12 in2? Si la ex­ *20.51. El ciclo iniciado en el problema anterior continúa
pansión es adiabática, ¿cuál es el cambio de la ener­ ahora de C a Z>, al tiempo que son absorbidos 200
gía interna, en Btu? ¿El cambio A V representa un J adicionales de calor, (a) Halle el trabajo neto y el
incremento o un decremento de la energía interna? cambio neto de la energía interna en el proceso CD.
Resp. 33.3 ft • Ib, 0.0428 Btu, un decremento (b) Suponga que el sistema regresa a su estado ori­
*20.50. Considere el diagrama P-V que se muestra en la fi­ ginal en el punto A. ¿Cuál es el trabajo neto en todo
gura 20.20, donde se indican la presión y el volumen el ciclo ABCDA y cuál es la eficiencia del ciclo?
para cada uno de los puntos A, B, C y D. A partir del *20.52. Considere una masa específica de gas que se hace
punto A, una muestra de 100 cm3 de gas absorbe pasar por un proceso de estrangulación adiabático.
200 J de calor, haciendo que la presión aumente de Antes de entrar en la válvula, tiene una energía in­
100 a 200 kPa, al tiempo que el volumen aumenta a terna Uv una presión Pí y un volumen Vv Después
200 cm3. A continuación, el gas se expande de B a de pasar por la válvula, tiene una energía interna
C, absorbiendo 400 J adicionales de calor mientras Uv una presión P1 y un volumen V. El trabajo neto
su volumen se incrementa hasta 400 cm3. (a) Halle realizado es el trabajo efectuado por el gas menos el
el trabajo neto realizado y el cambio de la energía trabajo efectuado sobre el gas. Demuestre que
interna en cada uno de los procesos AS y BC. (b) TJ\ + P \V\ = Vi + P iYi
La cantidad V + PV, conocida como entalpia, se
conserva durante un proceso de estrangulación.
*20.53. Un motor de gasolina recibe 2000 J de calor y en­
trega 400 J de trabajo por ciclo. El calor se obtiene
de la combustión de gasolina, la cual tiene un ca­
lor de combustión de 50 kJ/g. ¿Cuál es la eficiencia
térmica? ¿Cuánto calor se pierde por ciclo? ¿Cuánta
gasolina se quema en cada ciclo? Si el motor fun­
ciona a 90 ciclos por segundo, ¿cuál es la potencia
de salida?
Resp.20%, 1600 J, 0.040 g, 36 kW
*20.54. Considere una máquina de Carnot con eficiencia e
y un refrigerador de Carnot cuyo coeficiente de ren­
dimiento es K. Si estos aparatos funcionan entre las
mismas temperaturas, obtenga la relación siguiente
1 — e
K =

Capítulo 20 Resumen y repaso 425