Practico2

TERMODINÁMICA PRACTICA 2 PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA OBJETIVOS CONCEPTUALES. PRIMER PRINCIPIO, CONCEPTOS FUNDAMENTALES. BALANCE ENERGÉTICO EN SISTEMAS CERRADOS, SISTEMAS ABIERTOS REGIMEN PERMANENTE O ESTACIONARIOS, SISTEMAS ABIERTOS REGIMEN NO PERMANENTE, SISTEMAS CÍCLICOS, CALORES ESPECÍFICOS, ENERGÍA INTERNA. ENTALPIA. PROBLEMAS PROPUESTOS 1- Se tiene 1 Kg. De aire inicialmente a 0,1 Mpa y 27°C. que evoluciona a presión constante, recibiendo un trabajo de un agitador de 10 KJ. Si el proceso es adiabatio, calcular la temperatura final. Rta. 309,95 K. 2- Un dispositivo de cilindro émbolo contiene 0,1 m3 de aire a 400 Kpa y 50°c. El calor transferido al aire es de 40 KJ cuando el aire se expande esotermicamente. Determine a) la cantidad de trabajo de frontera efectuando en éste proceso. b) parámetros del estado final. 40 KJ 0,2726 m3 146,71 Kpa 3- Una masa de 15 Kg. De aire en un dispositivo de cilindro émbolo se calienta de 25°c hasta 77°c al pasar corriente por un calefactor eléctrico dentro del cilindro, la presión dentro de éste se mantiene constante en 300 Kpa durante el proceso y ocurre una pérdida d calor de 60 KS. Determine la energía eléctrica suministrada en KW-hora. Rta. 0,234 KW-hora 4- Un tanque rígido perfectamente aislado contiene 5Kg. De una mezcla saturada líquido vapor de agua a 100 Kpa. Al inicio tres cuartos de la masa están en la fase líquida. Una resistencia eléctrica colocada en el tanque se conecta a una fuente de 110 v y circula por la resistencia una corriente de 8 A cuando se acciona el interruptor. Cuanto tiempo tardará en evaporarse todo el líquido en el tanque. Rta. 152,75 minutos 5- Una masa de 5 Kg. De vapor saturado a 200 Kpa se calienta a presión constante hasta que la temperatura alcanza 300°c. Calcule el trabajo realizado por el vapor y el calor intercambiando durante el proceso. Rta. W= 430 KJ Q= 1825,5 KJ 6- Un dispositivo cilindro émbolo sin fricción contiene inicialmente 200 litros de refrigerante 12 líquido saturado. El émbolo tiene libertad para moverse y su masa es tal que mantiene una presión de 800 Kpa sobre el refrigerante, luego el refrigerante se calienta hasta 50°c. Calcule el trabajo realizado y el calor intercambiado durante el proceso. Rta. W= 4777,25 KS Q= 37458,2 KJ 7- El radiador de un sistema de calentamiento de vapor tiene un volumen de 20 litros y se llena con vapor sobrecalentado a 300 Kpa y 250°c. En ese momento tanto las válvulas de entrada como de salida hacia el radiador están cerradas. Determinar la cantidad de calor que se transferirá a la habitación cuando la presión de vapor disminuye a 100 Kpa. Rta, Q= -33,375 KJ 8- En una turbina adiabática se expande 5 Kg/s de aire desde una presión de 1 Mpa y una temperatura de 400 K hasta una presión de 0,1 Mpa y temperatura 300 K. Si las variaciones de energía cinética y potencial son nulas calcule la potencia de la turbina. Rta. 502,5 KW 9- Vapor de agua a 3 Mpa y 400°c entra a una tobera adiabática con una velocidad de 40m/s y sale a 2,5 Mpa y 300 m/s. Determinar la temperatura de salida del agua. Rta. 376,6°c. 10- Fluye vapor en estado permanente a través de una turbina adiabática. Las condiciones de entrada del vapor son 10 Mpa 450°c y 80 M/s y las de salida 10Kpa 92 por circulo de calidad y 50 M/s. El flujo de masa de vapor es de 12 Kg/s Determinar el cambio en la energía cinética la salida de potencia el área de entrada d la turbina. Rta. a) – 23,4 KW b) 10195,68 KW c) 44,625 cm2 11- Entra refrigerante R-12 a un compresor adiabático a 100 Kpa y 30°c. a razón de 0,5 Kg/s y sale a 600 Kpa y 100°c. sin tener en cuenta los cambios en ela energía cinética y potencial. Determine el flujo de volumen del refrigerante a la entrada del compresor. La entrada de potencia al compresor. Rta. a) 0,104 m3 s b) –20,59 KW 12- Refrigerante 12 es estrangulado del estado de líquido saturado a 800 Kpa hasta una presión de 140 Kpa. E la variación de temperatura durante el proce4so y el volumen específico final del refrigerante. Rta .At 12 = 54,65°c V= 0,03737 m3 Kg 13- Entra dióxido de carbono a un compresor adiabático a 100 Kpa y 300 K a razón de 0,5 Kg./s y sale a 600 Kpa y 450 K. Sin tener en cuenta los cambios de la energía cinética y potencial. Determinar el flujo de volumen a la entrada del compresor la entrada de potencia al compresor Rta. a) 0,283 m3 s b) –68,76 KW 14- Una corriente de agua a 80°c entra en una cámara de mezcla con un flujo másico de 0,5 Kg/s, donde se mezcla con una corriente de agua fria a 20°c. Se desea que la mezcla salga de la cámara de mezcla a 42°c. Determinar el flujo másico de la corriente de agua fria. Todas las corrientes están a la misma presión de 250 Kpa. Rta. 0,864 Kg s 15- Refrigerante 12 a 1 Mpa y 80°c es enfriado a 1 Mpa y 30°c en un condensador por medio de aire. Este entra a 100Kpa y 27°c con un flujo de volumen de 800 m3/min. Y sale a 95 Kpa y 60°c. Determine el flujo másico de refrigerante Rta. 183 Kg/min 16- Entra aire a la sección del evaporador de un acondicionador de aire del tipo ventana a 100 Kpa y 27°c, con un flujo volumétrico de 12m3/min. Entra al evaporador refrigerante R- 12 a 140 Kpa con una calidad de 30 por ciento a razón de 2 Kg/min. Y sale como vapor saturado a la misma presión. Determine la transferencia de calor del refrigerante al aire la temperatura de salida del aire Rta. a) 226,5 KJ min b) 10,83°c 17- Un tanque rígido de 2m3 contiene inicialmente aire a 100 Kpa y 22°c. El tanque se conecta a una línea de alimentación mediante una válvula. En la línea de alimentación fluye aire a 600 Kpa y 22°c. La válvula es abierta y el aire entra en tanque hasta que alcanza la presión de la línea, punto en el cual se cierra la válvula. Un termómetro colocado en el tanque indica que la temperatura del aire en el estado final es de 77°c. Determine la masa de aire que la entrada es el tanque la cantidad de transferencia de calor