DATOS

Problema. Dos depsitos rgidos y aislados estn conectados por una vlvula. Inicialmente 0,79 kmol de nitrgeno a 2 Atm y 250 C llenan uno de los depsitos. El otro contiene 0,21 kmol de oxgeno a 1 Atm y 300 K. la vlvula se abre y los gases se mezclan hasta alcanzar el estado de equilibrio final. Durante este proceso no hay intercambio de calor o trabajo entre el contenido de los depsitos y el entorno. Determine la temperatura de la mezcla en K y la presin de la mezcla, en Atm. Tomar cv=0,742 kJ/kgK para N2 y cv= 0,655 kJ/kg K para el O2.

DATOS

SOLUCION

Aplicando la 1 Ley de la termodinmica al sistema cerrado

Donde

Sustituyendo en las ecuaciones (2) y (3) en (1)

Despejando Tx se tiene:

El volumen ocupado por la mezcla es:

Por las ecuaciones de los gases ideales:

Siendo

;

Problema. Por una regadera fluye agua en forma permanente a una tasa de 10 litros/min. Un calentador de resistencia elctrica colocado en la tubera calienta el agua hasta 43 C. Para aprovechar la conservacin de la energa se propone pasar agua tibia drenada que est a 39 C por un intercambiador de calor para precalentar el agua fra entrante a 10 C. Si el intercambiador tiene una efectividad de 50 % (es decir, se recupera slo la mitad de la energa que el agua drenada puede transferir a la fra) y la salida de agua drenada a 15 C. Determine la entrada de potencia elctrica del calentador en kW. Utilice la densidad del agua como 1 kg/L.

DATOS

SOLUCION:

Por la primera ley de la Termodinmica, despreciando la energa cintica y potencial.

Anlisis del Intercambiador de Calor:

Principio de conservacin de la masa:

Principio de conservacin de energa:

Aplicando la efectividad del 50%

De tablas de agua para el estado liquido, las entalpas son:

;

;

Sustituyendo en (4)

El flujo de masa es:

Reemplazando en (2) la potencia del calentador elctrico es

Problema. Se desea calentar agua para baarse en una tina, mediante un calentador elctrico una cantidad de 200 litros, elevando su temperatura de 10 C a 40 C. El calentador elctrico es de inmersin, considerando las prdidas del calor en un 30% y el calentamiento debe efectuarse en 30 min. Determinar:

a) El costo de la energa utilizada, si el precio unitario de energa es 0,82 [Bs./kWh]

b) La Potencia del calentador, en kW y su resistencia, en ohmios.

DATOS:

SOLUCION:

Donde:

;

;

Considerando la prdida, por lo que el calentador entrega un calor de:

; ,

La energa utilizada es:

El costo de energa utilizada es:

;

La potencia del calentador es:

;

La resistencia del calentador es:

;

;

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Problema. Una turbina aislada acepta vapor recalentado a 6 MPa. y 640 C, y lo rechaza como vapor saturado a 15 kPa.(figura 2). Determine la salida de potencia de la turbina si el gasto msico es 456 kg/min, del mismo modo, calcule la velocidad en la salida.

DATOS:

SOLUCION:La potencia de la turbina, despreciando las energas cintica y potencial es:

De tablas de vapor de agua con y

La salida de la turbina con y es vapor saturado.

La potencia de turbina es:

La velocidad de salida es:

Donde:

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Problema. Entra aire al aparato que se muestra en la figura 3, a 2 MPa 350 C con una velocidad de 125 m/s. En un rea de salida, las condiciones son 150 kPa y 150 C con una velocidad de 40 m/s. Determine el flujo msico y la velocidad en la segunda salida para condiciones de 0,45 MPa y 200 C.DATOS:

SOLUCION:

Por la ecuacin caracterstica de los gases ideales.

Aplicando el principio de conservacin de la masa.

Despejando ;

El flujo de masa ala salida es:

Problema. El esquema adjunto muestra los componentes de una bomba de calor que suministra aire caliente a una vivienda. En estado estacionario, el fluido de trabajo es refrigerante R-134a , que entra al compresor a -5 C y 2 bar, y se comprime adiabticamente hasta 75 C y 14 bar. Desde el compresor el refrigerante pasa a travs del condensador, donde condensa al lquido a 28 C y 14 bar. El refrigerante se expande entonces a travs de una vlvula de estrangulacin hasta 2 bar. Los estados del refrigerante se muestran en el diagrama T-s adjunto. El aire de retorno, procedente de la vivienda, entra al condensador a 20 C y 1 bar con un flujo de 0,42 m3/s, para salir a 50 C sin cambios apreciables en la presin. Utilizando el modelo de gas ideal para el aire y despreciado los cambios de la energa cintica y potencial.

a) Evalese la generacin de entropa en kW/K, para los volmenes de control correspondientes a: condensador, compresor y vlvula de expansin.

b) Analcense las fuentes de irreversibilidad en los componentes considerados en a).

DATOS:

SOLUCION:

De tablas de , encontramos las propiedades.En la entrada del compresor el refrigerante es vapor sobrecalentado a y

El estado 2 es vapor sobrecalentado a y

El estado 3 es liquido comprimido a y

La expansin atravs de la vlvula es un proceso de estrangulacin donde y la calidad de refrigeracin es :

La entalpa en el estado 4 es:

ANALICIS DEL CONDENSADOR

El balance de entropa es:

Siendo:

; La generacin de entropa para el volumen de control del condensador.

El flujo msico del aire es:

Sustituyendo en (3)

Haciendo balance de energa al volumen de control:

Con la consideracin.

La variacin de la entropa especfica del aire es:

Finalmente si despejamos en el balance de entropa de ecuacin (2 ) se tiene.

Anlisis de compresor:

Anlisis de la vlvula:

b) Resumen de la entropa generada por unidad de tiempo

ComponenteSg [KW/K]

Condensador0,00274

Compresor0,00289

Vlvula de expansin0,001042

Problema.- Una maquina Diesel ideal tiene una relacin de compresin de 20 y usa aire como fluido de trabajo. El estado del aire al principio del proceso de comprensin es 95 KPa y 20 C. si la temperatura mxima en el ciclo no excede 2200K, determine: a) La eficiencia trmica , y b) la presin media efectiva. Suponga calores especficos constantes para el aire a temperatura ambiente.

DATOS:

SOLUCION.

Por la ecuacin de estado de los gases ideales:

Proceso 1-2 isentrpico:

Siendo:

Proceso 2-3, a presin constante y adicin de calor al aire.

;

- Proceso 3-4 isentrpico.

- Proceso 4-1.

El trabajo neto efectuado es:

a) La eficiencia trmica es:

b) La presin media efectiva es:

Problema: Un ciclo de Otto ideal Tiene una relacin de compresin de 8. Al principio del proceso de compresin, el aire esta a 95KPa y 27C, Y se transfieren 750KJ/Kg de calor hacia el aire durante el proceso de adicin de calor a volumen constante. Tome en cuenta la variacin de los calores especficos con la temperatura y determine:a) La presin y la temperatura al final del proceso de adicin de calor.

b) La salida de trabajo.

c) La presin media efectiva para el ciclo.

DATOS:

SOLUCION: De tablas de aire con .

Proceso 1-2(compresin isentrpica de un gas ideal)

;

Interpolando:

; ;

Proceso 2-3 (Adicin de calor a volumen constante)

;

a) Interpolando:

; Siendo:

Proceso 3-4 (expansin isentrpica de un gas ideal)

;

Interpolando:

Proceso 4-1 (rechazo de calor a volumen constante)

El trabajo neto se determina por:

b) La eficiencia trmica es:

La presin media efectiva se determina por su definicin:

Siendo:

Sustituyendo:

Problema: Un dispositivo cilindro-mbolo contiene argn inicialmente, ocupando un volumen de 0,8610 m3. Durante un cambio cuasiesttico de estado hasta un volumen de 0,04284 m3 la ecuacin del proceso es;

Donde: p est en bar y V en metros cbicos.

(a) Determnese las unidades de la constante 0,8610 de la ecuacin.

(b) Represntese el proceso en un diagrama p-V, ms o menos a escala.

(c) Calclese el trabajo comunicado al gas, en Kilojulios.

(d) Calclese el trabajo necesario si est presente una fuerza friccional de 180 N, la presin atmosfrica en el exterior del dispositivo es 1 bar y el rea del mbolo es 100 cm2.

DATOS:

SOLUCION:

a) Igualando los trminos:

b) Diagrama p - V

c) El trabajo comunicado al gas es:

Siendo:

Por tanto:

Integrando:

d) Representando la fuerza de friccin en el siguiente grafico.

Haciendo equilibrio de fuerzas se tiene:

Multiplicando por el desplazamiento, se obtiene el trabajo necesario.

Donde:

; ; ; ;

;

Sustituyendo en (4)

;

Reemplazando datos:

;

;

Problema: Un recipiente rgido con un volumen de 2,5 m`3 contiene 15Kg de una mezcla saturada liq.- vapor de agua a 75C con calidad de 4. El agua se calienta lentamente. Determine la temperatura a la que el liquido en el recipiente se evapora por completo y tambin muestre el proceso en diagrama T v con respecto alas lneas de saturacin.

DATOS:

SOLUCION:

De tablas de vapor de agua n con

;

Para evaporar por completo la calidad es 1

De tablas de vapor de agua. La temperatura corresponde:

EMBED Equation.DSMT4

_1308493815.unknown

_1308683847.unknown

_1308724877.unknown

_1308728870.unknown

_1308729387.unknown

_1308729610.unknown

_1308731348.unknown

_1308731554.unknown

_1308731643.unknown

_1308745541.unknown

_1308750438.unknown

_1308731706.unknown

_1308731753.unknown

_1308731671.unknown

_1308731605.unknown

_1308731627.unknown

_1308731586.unknown

_1308731448.unknown

_1308731515.unknown

_1308731535.unknown

_1308731496.unknown

_1308731419.unknown

_1308731437.unknown

_1308731396.unknown

_1308731362.unknown

_1308731371.unknown

_1308729706.unknown

_1308729745.unknown

_1308729762.unknown

_1308729729.unknown

_1308729664.unknown

_1308729677.unknown

_1308729628.unknown

_1308729517.unknown

_1308729549.unknown

_1308729569.unknown

_1308729530.unknown

_1308729483.unknown

_1308729503.unknown

_1308729460.unknown

_1308729131.unknown

_1308729232.unknown

_1308729266.unknown

_1308729375.unknown

_1308729254.unknown

_1308729193.unknown

_1308729213.unknown

_1308729156.unknown

_1308728979.unknown

_1308729102.unknown

_1308729120.unknown

_1308728992.unknown

_1308728889.unknown

_1308728939.unknown

_1308728881.unknown

_1308725511.unknown

_1308725877.unknown

_1308726064.unknown

_1308726110.unknown

_1308726127.unknown

_1308726095.unknown

_1308726030.unknown

_1308726045.unknown

_1308726000.unknown

_1308725682.unknown

_1308725725.unknown

_1308725853.unknown

_1308725703.unknown

_1308725558.unknown

_1308725650.unknown

_1308725535.unknown

_1308725168.unknown

_1308725342.unknown

_1308725467.unknown

_1308725490.unknown

_1308725361.unknown

_1308725300.unknown

_1308725322.unknown

_1308725279.unknown

_1308724956.unknown

_1308725100.unknown

_1308725119.unknown

_1308724997.unknown

_1308724906.unknown

_1308724929.unknown

_1308724890.unknown

_1308684345.unknown

_1308724552.unknown

_1308724715.unknown

_1308724802.unknown

_1308724837.unknown

_1308724790.unknown

_1308724629.unknown

_1308724700.unknown

_1308724570.unknown

_1308684451.unknown

_1308684573.unknown

_1308724540.unknown

_1308684572.unknown

_1308684571.unknown

_1308684384.unknown

_1308684436.unknown

_1308684366.unknown

_1308684133.unknown

_1308684230.unknown

_1308684285.unknown

_1308684301.unknown

_1308684247.unknown

_1308684167.unknown

_1308684215.unknown

_1308684156.unknown

_1308683949.unknown

_1308684091.unknown

_1308684112.unknown

_1308683987.unknown

_1308684069.unknown

_1308683902.unknown

_1308683921.unknown

_1308683858.unknown

_1308677974.unknown

_1308678874.unknown

_1308679048.unknown

_1308683716.unknown

_1308683740.unknown

_1308683749.unknown

_1308683727.unknown

_1308679090.unknown

_1308679108.unknown

_1308679066.unknown

_1308678963.unknown

_1308678997.unknown

_1308679010.unknown

_1308678980.unknown

_1308678906.unknown

_1308678918.unknown

_1308678894.unknown

_1308678387.unknown

_1308678582.unknown

_1308678695.unknown

_1308678735.unknown

_1308678651.unknown

_1308678452.unknown

_1308678563.unknown

_1308678436.unknown

_1308678146.unknown

_1308678315.unknown

_1308678343.unknown

_1308678297.unknown

_1308678006.unknown

_1308678100.unknown

_1308677989.unknown

_1308677405.unknown

_1308677679.unknown

_1308677779.unknown

_1308677891.unknown

_1308677931.unknown

_1308677791.unknown

_1308677729.unknown

_1308677742.unknown

_1308677694.unknown

_1308677586.unknown

_1308677643.unknown

_1308677655.unknown

_1308677605.unknown

_1308677477.unknown

_1308677572.unknown

_1308677419.unknown

_1308677270.unknown

_1308677338.unknown

_1308677364.unknown

_1308677390.unknown

_1308677352.unknown

_1308677307.unknown

_1308677319.unknown

_1308677294.unknown

_1308493889.unknown

_1308677242.unknown

_1308677256.unknown

_1308493970.unknown

_1308493860.unknown

_1308493875.unknown

_1308493848.unknown

_1308489609.unknown

_1308491528.unknown

_1308493678.unknown

_1308493733.unknown

_1308493760.unknown

_1308493780.unknown

_1308493747.unknown

_1308493701.unknown

_1308493710.unknown

_1308493691.unknown

_1308493600.unknown

_1308493636.unknown

_1308493651.unknown

_1308493609.unknown

_1308493574.unknown

_1308493586.unknown

_1308491538.unknown

_1308491869.unknown

_1308491407.unknown

_1308491466.unknown

_1308491502.unknown

_1308491516.unknown

_1308491489.unknown

_1308491447.unknown

_1308491456.unknown

_1308491435.unknown

_1308491244.unknown

_1308491330.unknown

_1308491395.unknown

_1308491257.unknown

_1308491213.unknown

_1308489634.unknown

_1308491162.unknown

_1308491192.unknown

_1308491203.unknown

_1308489648.unknown

_1308489622.unknown

_1308485079.unknown

_1308488026.unknown

_1308489467.unknown

_1308489539.unknown

_1308489581.unknown

_1308489593.unknown

_1308489560.unknown

_1308489506.unknown

_1308489527.unknown

_1308489479.unknown

_1308489329.unknown

_1308489412.unknown

_1308489451.unknown

_1308489352.unknown

_1308488050.unknown

_1308488058.unknown

_1308488036.unknown

_1308487724.unknown

_1308487939.unknown

_1308487996.unknown

_1308488004.unknown

_1308487948.unknown

_1308487920.unknown

_1308487931.unknown

_1308487738.unknown

_1308487690.unknown

_1308487706.unknown

_1308487714.unknown

_1308487699.unknown

_1308486283.unknown

_1308486520.unknown

_1308486851.unknown

_1308486796.unknown

_1308486512.unknown

_1308486110.unknown

_1308482909.unknown

_1308484363.unknown

_1308484927.unknown

_1308485059.unknown

_1308485069.unknown

_1308484937.unknown

_1308484384.unknown

_1308484911.unknown

_1308484373.unknown

_1308483994.unknown

_1308484013.unknown

_1308484026.unknown

_1308484004.unknown

_1308483475.unknown

_1308483626.unknown

_1308483199.unknown

_1307812352.unknown

_1308481585.unknown

_1308482540.unknown

_1308482898.unknown

_1308482256.unknown

_1308482343.unknown

_1308481955.unknown

_1307812693.unknown

_1308481386.unknown

_1307812618.unknown

_1307808936.unknown

_1307810782.unknown

_1307811144.unknown

_1307809898.unknown

_1307808731.unknown

_1307808902.unknown

_1307808511.unknown

_1269334439.unknown