MQUINAS TRMICAS

1. Un motor de gasolina efecta 2200 J de trabajo mecnico y cede 2000 J de calor en

cada ciclo. a) Cunto calor se suministra al motor en cada ciclo? b) Calcular la

eficiencia trmica del motor.

2. Una mquina trmica absorbe 100 J de calor del foco caliente y cede 60 J de calor al

foco fro en cada ciclo. a) Cul es el rendimiento o eficiencia de la mquina? b) Si la

mquina recorre un ciclo en 0.5 s, cul es la potencia de la mquina?

3. Un motor de gasolina de un camin toma 10000 J de calor y produce 2000 J de

trabajo mecnico por ciclo. El calor se obtiene quemando gasolina con un calor de

combustin Lc = 5 104 J/gr. a) Calcular la eficiencia trmica del motor. b) Cunto

calor se cede en cada ciclo? c) Cunta gasolina se quema en cada ciclo? d) Si el motor

ejecuta 25 ciclos por segundo, calcular su potencia de salida. e) Cunta gasolina se

quema por segundo?

4. El techo de una casa est equipado con 8 m2 de paneles solares trmicos con una

eficiencia del 60%, que se usan para calentar agua de 15C a 55C para uso domstico. a)

Si el aporte medio de energa solar es de 200 W/m2, qu volumen de agua puede

calentarse por hora? b) En promedio, un hogar tpico usa unos 75 litros de agua a 55C al

da por persona. A cuntos habitantes puede dar servicio este sistema de calentamiento

de agua? c(agua) = 4190 J/KgK; (agua) = 1000 Kg/m3.

5. Un refrigerador tiene un coeficiente de rendimiento de 2.2. Durante cada ciclo absorbe

3 104 J de calor del foco fro. a) Cunta energa mecnica se requiere en cada ciclo? b)

Durante cada ciclo, cunto calor se cede al foco caliente?

6. En un minuto, un acondicionador de aire de ventana absorbe 9 104 J de calor de la

habitacin que enfra y desecha al exterior 1.4 105

J. a) Calcular el consumo de

potencia de la unidad en watios. b) Calcular el coeficiente de rendimiento o eficiencia

del aparato.

7. Un congelador tiene un coeficiente de rendimiento de 2.8 y debe convertir 1.5 Kg de

agua a 20C en 1.5 Kg de hielo a -5C en 1 hora. a) Cunto calor es necesario extraer de

la masa de agua? b) Cunta energa elctrica consume el congelador durante esa hora?

c) Cunto calor sale a la habitacin donde est el congelador? Lf(agua) = 334103

J/Kg; c(agua) = 4190 J/KgK; c(hielo) = 2000 J/KgK.

8. Un refrigerador tiene una potencia de 370 W. a) Cul es la mxima cantidad de calor

que puede absorber en 1 minuto si la temperatura de su interior es 0C y cede calor a una

habitacin que est a 20C? b) Si el coeficiente de eficiencia del refrigerador es el 70%

de una mquina reversible operando en las mismas condiciones, cunto calor puede

absorber del interior durante 1 minuto en esas condiciones?

9. Una hora antes de que lleguen los invitados a una fiesta introducimos en el congelador

2 bandejas de cubitos de hielo, de 1 litro de capacidad cada una, con agua a 15C. En la

etiqueta de especificaciones del frigorfico pone que la eficiencia del equipo es de 5.5 y

la potencia de 550 W. En el congelador hay ms cosas con lo que se estima que slo el

10% de la potencia se emplea para fabricar los cubitos. Tendremos hielo para los

invitados? Podramos haber metido una tercera bandeja? c(agua) = 4190 J/KgK;

Lf(agua) = 334103 J/Kg.

10. Una mquina de Carnot toma 2000 J de calor de un foco a 500 K, realiza trabajo y se

desprende de calor a un foco fro que est a 350 K. Cunto trabajo efecta, cunto calor

desprende y cul es su eficiencia?

11. Una mquina de Carnot cuyo foco de baja temperatura est a 200 K tiene una

eficiencia del 40%. Si queremos aumentar su eficiencia hasta el 50%, a) cuntos grados

debe aumentar la temperatura del foco caliente si la del fro permanece constante? b)

cunto debe reducirse la temperatura del foco fro si la del caliente no cambia?

12. Una mquina de Carnot opera entre dos focos trmicos a temperaturas Th = 300 k y

Tc = 77 K. a) Cul es su rendimiento? b) Si absorbe 100 J de calor del foco caliente,

cunto trabajo realiza? c) Cunto calor cede al foco fro durante cada ciclo? d) Cul

es el coeficiente de eficiencia de la mquina cuando funciona como refrigerador entre

estos dos focos trmicos?

13. Una mquina para hacer hielo opera segn un ciclo de Carnot. Extrae calor del agua

a 0C y suministra calor a una habitacin que est a 22C. Suponiendo que 40 Kg de

agua a 0C se convierten en hielo a esa temperatura, a) cunto calor se desecha al foco

caliente? b) cunta energa en forma de trabajo debe aportarse a la mquina. Lf(agua) =

334103 J/Kg.

14. Una mquina de Carnot funciona entre dos baos trmicos a las temperaturas de 400

y 300 K. a) Si en cada ciclo la mquina recibe 1200 caloras del foco caliente, cunto

calor se cede al foco fro? b) Cul sera el trabajo realizado por la mquina? c) Si ahora

la mquina funciona a la inversa, como un frigorfico y recibe 1200 caloras del foco

fro, cunto calor cede al foco caliente? d) Cul es el trabajo necesario para hacer

funcionar el frigorfico en el apartado c)?

15. Una bomba de calor de 20 KW se utiliza para calentar una casa. La temperatura

exterior es de -10C y la interior de la fuente de aire caliente para el ventilador de

calefaccin es 40C. a) Cul es el coeficiente de eficiencia de una bomba de Carnot que

funciona entre estas temperaturas? b) Cul debe ser la potencia mnima del motor que

se necesita para hacer funcionar la bomba? c) Si el rendimiento de la bomba de calor es

del 60%, cul deber ser la mnima potencia del motor?