PRACTICA 2 TERMODINÁMICA

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.
a) 40 KJ
b) 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 KWhora.
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
a) el cambio en la energía cinética
b) la salida de potencia
c) 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
a) el flujo de volumen del refrigerante a la entrada del compresor.
b) 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
a) el flujo de volumen a la entrada del compresor
b) 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
a) la transferencia de calor del refrigerante al aire
b) 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
a) la masa de aire que la entrada es el tanque
b) la cantidad de transferencia de calor