Biofísica 3 opción múltiple 13 Segundo Principio

Termodinámica  13 - Una central termoeléctrica cuyo rendimiento es del 33%, entrega 1.000 MW = 10⁹ W de potencia eléctrica. Si el 15% del calor residual se elimina por la chimenea y el resto se transfiere a un río cuyo caudal medio es de 100 m³/s, ¿cuánto aumenta la temperatura del agua?

    a) 5,7 ºC         b) 1,3 ºC         c) 1.300 ºC   █ d) 4,1 ºC         e) 0,24 ºC       f) 0,67 ºC

Potencia = Energía o Trabajo / tiempo

Rendimiento (η) = L / Qr

donde

η = rendimiento = 33%

L = trabajo (entregado) = 10⁹ W Δt

Qr = calor recibido

Reemplazando y despejado Qr

Qr = L / η  = 10⁹ W Δt  / 0,33 = 3 x 10⁹ W Δt

ΔU  = Q – L   < ------------- Primer principio

donde

ΔU = variación de la energía interna = 0 (es un ciclo)

Q = calor neto

L = trabajo (entregado) = 10⁹ W Δt

Δt  = intervalo de tiempo

Reemplazando

Q = L = 10⁹ W Δt

Q = Qr – Qe

donde

Q = calor neto = 10⁹ W Δt

Qr = calor recibido = 3 x 10⁹ W Δt

Qe = calor entregado (residual)

Reemplazando y despejando Qe

Qe = Qr – Q =  3 x 10⁹ W Δt - 10⁹ W Δt = 2 x 10⁹ W Δt

Calor transferido al rio (Qer) = Qe (1 – 15%) = 2 x 10⁹ W Δt * 85%  = 1,7 x 10⁹ W Δt

Q = M ce ΔT   < ---------- Calorimetría

donde

Q = calor recibido por el rio = 1,7 x 10⁹ W Δt

M = masa de agua = Volumen * densidad del agua

Volumen = Caudal * tiempo = 100 m³/s  Δt

Densidad del agua = 1.000 kg/ m³

ce = calor especifico del agua = 1 cal/gr ºC = 4.180 J/kg ºC

ΔT = diferencia de temperatura

Reemplazando y despejando ΔT

ΔT = Q / (M ce) = 1,7 x 10⁹ W Δt / (100 m³/s  Δt 1.000 kg/ m³  4.180 J/kg ºC) = 4,1 ºC < ------ d)