SISTEMAS MECÁNICOS MÁQUINAS TÉRMICAS
TECNOLOGÍA INGENIERÍA SEGUNDO BACHILLERATO
TEI II
SISTEMAS MECÁNICOS. MÁQUINAS TÉRMICAS. TECNOLOGÍA E INGENIERÍA II PARA 2º DE BACHILLERATO. SITUACIÓN DE APRENDIZAJE:
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MÁQUINAS TÉRMICAS:
En esta situación de aprendizaje, procederemos a la identificación y descripción de las características de las diferentes máquinas térmicas: máquina frigorífica, bomba de calor y motores térmicos. Realización de cálculos básicos asociados a las mismas, implementación de simulaciones y análisis de aplicaciones industriales y domésticas.
En un primer lugar haremos una introducción a la termodinámica, para entender el trabajo de un gas, conocimientos imprescindibles para los cálculos posteriores. Estudiaremos los procesos isobáricos, isocóricos, isotérmicos y adiabáticos
EJERCICIOS DE TERMODINÁMICA:
EJERCICIO TEI2B08:
Calcula la presión que se obtiene cuando se comprime aire a temperatura constante desde un volumen de 0,5 litros hasta un volumen de 0,1 litros, sabiendo que la presión inicial es de 1 at. Calcula el trabajo necesario para realizar esta compresión sabiendo que el coeficiente adiabático del aire es 1,4
Solución: 80,47 J
EJERCICIO TEI2B09:
Repite el ejercicio anterior si el proceso de compresión del aire es adiabática (se realiza a velocidad lo suficientemente rápida como para suponer que se produce sin pérdidas de calor).
Solución: 112,5 J
EJERCICIO TEI2B10:
Un cilindro por cuyo interior se puede desplazar un pistón contiene 64 g de aire que inicialmente está a una atmósfera de presión y ocupa 49,20 litros, a una temperatura de 27/ C.
Sin variar el volumen se le da calor al gas hasta que adquiere 3 atm de presión y 627/ C.
Calcula qué trabajo y qué calor se han intercambiado entre el gas y el exterior.
(Toma el calor específico a volumen constante igual a 0,657 J/g/C)
Solución: W = 0J; Q = 25224 J
EJERCICIO TEI2B11:
Un cilindro por cuyo interior se puede desplazar un pistón contiene 64 g de aire que inicialmente está a tres atmósferas de presión y ocupa 49,20 litros, a 627/ C. El sistema se expande a presión constante hasta alcanzar 98,40 litros y una temperatura de 1527/ C.
Calcula qué trabajo y qué calor se han intercambiado entre el gas y el exterior. (Tomar
el calor específico a presión constante igual a 0,919 J/g/C)
Solución: W = 14952 J; Q = 52974 J
Posteriormente estudiaremos el Ciclo de Carnot, los motores térmicas de 2 y 4 tiempos y las máquinas frigoríficas, realizando cálculos de trabajo, calor y potencias, así como del par motor, consumos de combustible, rendimientos de los motores,…..
EJERCICIOS DE MOTORES TÉRMICOS:
EJERCICIO TEI2B12:
Un motor y cuatro cilindros desarrolla una potencia efectiva de 50 CV a 2500 rpm. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 50 mm, la carrera de 80 mm y la relación de compresión es de 9/1. Calcular:
a) La cilindrada del motor. (628cc)
b) El volumen de la cámara de combustión. (19,63cc)
c) El par motor. (140,5Nm)
d) Si este consume 7 Kg/h de combustible con un PCI de 42000 KJ/Kg determinar la potencia absorbida y el rendimiento del mismo. (111CV) (45%)
EJERCICIO TEI2B13:
Un motor tipo OTTO de 4 cilindros desarrolla una potencia efectiva (al freno) de 65 C.V. a 3500 r.p.m. Se sabe que el diámetro de cada pistón es de 72 mm, la carrera de 94 mm. y la relación de compresión Rc =9/1.Determinar:
a) Cilindrada del motor. (1531cc)
b) Volumen de la cámara de combustión. (47,84cc)
c) Rendimiento térmico del motor. (Tomar a = 1,33). (51,5%)
d) Par motor. (130,5Nm)
EJERCICIOS DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS Y BOMBAS DE CALOR:
EJERCICIO TEI2B14:
Un congelador funciona según el ciclo calorífico de Carnot y enfría a razón de 850KJ por hora. La temperatura en el interior del congelador es de -12ºC, mientras que en el exterior es de 21ºC. Calcula:
- El coeficiente de operación del congelador
- La potencia que debe tener el motor para cumplir con su misión
- La potencia que debe tener el motor para un rendimiento del 50% del ideal de Carnot
SOLUCIONES: COP=7,91, P=29,85W, PREAL=59,70W
EJERCICIO TEI2B15:
Una bomba de calor que funciona según el ciclo de Carnot toma calor del exterior dónde hay 5ºC y lo introduce en una habitación que está a 22ºC, a un régimen de 50000KJ/h. Calcular:
- El coeficiente de operación
- La potencia que debe tener el motor de la bomba de calor
- La potencia que debe tener el motor para un rendimiento del 48% del ideal de Carnot
SOLUCIONES: COP=17,35, P=800,51W, PREAL=1667,73W
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