IM-0313 TERMODINÁMICA I Tarea N° 3 I ciclo 2019 NOMBRE: ________________________________________________________________ CARNÉ: ____________________________ Fecha de entrega: martes 04 de junio del 2019 PROBLEMA 1 Dos kilogramos de agua se encuentran dentro de un conjunto de pistón y cilindro, con un pistón que carece de masa, sobre el cual actúa un resorte lineal y la atmósfera exterior. Inicialmente la fuerza del resorte es cero y P 1 = P0 = 100 kPa con un volumen de 0,2 m 3. Si el pistón justamente roza los soportes superiores el volumen es de 0,8 m 3 y T = 600°C. Ahora se agrega algo de calor hasta que la presión alcanza 1,2 MPa. Encuentre la temperatura final, represente los procesos en el diagrama P-V y encuentre el trabajo que se realiza durante el proceso. Problema N 2 Un compresor de aire es diseñado para comprimir aire (supuesto a 100 kPa, 20 °C a una presión de 1 MPa). Las pérdidas de calor con el medio ambiente se consideran por anticipado de cerca de 10% de la potencia de entrada al compresor. El aire entra a 50 m/s donde el área de entrada es de 90 cm 2 y sale a 120 m/s a través de un área de 5 cm 2. Determine: a) La temperatura del aire a la salida y la potencia de entrada al compresor. b) Calor saliendo de la turbina 10% de la potencia Problema N 3 Una computadora, enfriada mediante un ventilador, contiene ocho tarjetas de circuitos impresos, que disipan 10 W de potencia cada una. La altura de las tarjetas es 12 cm y su longitud es 18 cm. El aire de enfriamiento es suministrado por un ventilador de 25 W montado en la entrada. Si el aumento de temperatura del aire no debe ser mayor que 10 °C al pasar por la caja de la computadora, determine a) la tasa de flujo del aire que debe entregar el ventilador y b) la fracción de aumento de temperatura del aire, debida al calor generado por el ventilador y su motor. Problema N 4 Un dispositivo adiabático de cilindro-émbolo equipado con un resorte mantiene la presión en el interior en 300 kPa, cuando el volumen es 0, y en 3 000 kPa, cuando el volumen es 5 m 3. El dispositivo se conecta a una línea de suministro de vapor de agua a 1 500 kPa y 200 °C, y al principio el volumen del cilindro es 0. Determine la temperatura final (y la calidad, si es el caso) cuando se abra la válvula y se deje entrar vapor de agua de la línea de suministro al cilindro, hasta que la presión en el interior sea igual a la que hay en la línea. También determine el trabajo total efectuado durante este proceso de llenado adiabático. Problema N°5 Tenemos vapor que entra en una turbina de flujo uniforme con un flujo másico de 20 kg/s a 600 °C, 5 MPa y una velocidad despreciable. El vapor se expande en la turbina hasta vapor saturado a 500 KPa, de donde 10% del vapor se extrae para otro uso. El resto del vapor continua expandiéndose a la salida de la turbina, donde la presion es de 10 KPa y la calidad es de 85%. Si la turbina es adiabática, determine la tasa de trabajo realizado por el vapor durante el proceso. Problema N°6 Los siguientes datos son para una planta simple de potencia como se muestra en la figura. Estado P MPa T °C 1 6,2 2 6,1 45 3 5,9 175 4 5,7 500 En el estado 6 se tiene x 6 = 0,92, y una velocidad de 200 m/s. La razón de flujo de vapor es 25 kg/s, con una potencia de entrada en la bomba de 300 kW. Los diámetros de tubería son de 200 mm para el tramo del generador de vapor a la turbina y de 75 mm para el tramo del condensador al generador de vapor. Determine la velocidad en el estado 5 y la potencia de salida de la turbina. 5 5,5 490 6 0,01 7 0,009 40
