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Problema
1.
Un sistema que consta de 3 kg de helio efectúa el ciclo ilustrado en el plano
Sr.
Si
su energía interna
disminuye en 2808 kJ Y la compresión isoentrópica se inicia desde un
estado cuya temperatura es de 450
K;
a) Llenar los espacios vacíos en la tabla, b)
detenninar el rendimiento
re
del ciclo.
T
TlK
6 U;kJ
1
3
r---- .- - ---,
4
2
3
4
2
~-~o----------'
1
-t----------------·s
neto
Datos:
m
~
3 kg,
Cv
~
3 _12 kJ/kgK,
Cp
~
5.20 kJ/kgK
Solución :
..
-
--
."
Q/kJ
W!kJ
6 SIkJK-
le .
600
I
I
Para identificar a que proceso corresponde la disminución en la energía interna, en donde se
inicia la compresión isoentrópica
y
a qué estado corresponde la temperatura de 450
K,
es
conveniente analizar cada uno de los procesos de este ciclo, que es información que
podemos inferir directamente del diagrama
ST
así corno aplicando la ecuación de la 1
11
Ley
de la tennodi námica. Detallamos a continuación el ciclo:
Paso l.
El proceso
( 142)
es isotérmico, lo que significa que:
a)
~
=
T
2
=
T
min ,
b) l1U
1 ...... 2
=
O •
Oado que:
que:
e)
e)
llS'1 ......2
<
O ,
entonces:
el)
Ql ......2
<
O
Y de la ecuación de 1
a
Ley resulta
Ql ......2
=
W¡ ......
2 ;
por lo que:
.fJ
W
1 ...... 2
<O
En resumen este proceso corresponde a una compresión isotérmica.
Paso 2.
El proceso isoentrópico
(243)
está caracterizado por:
a)
6S
hJ
~
O,
b)
º'~J ~
O,
e)
6U'~J
>
O
De la ecuación de 1
a
Ley
6.U
2-.3
=
Q 2......3
-
W
2 -->3
•
resulta que,
d)
W
2 ...... 3
=
-l1U
2 ...... 3
;
por lo que: e)
W
2 -->J
<
O
En resumen este proceso corresponde a una compreslOn Isoentroplca De aqui que la
temperatura del estado 2 es el dato que nos proporcionan en este problema: esto es que
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