ejercicios Energía

EJERCICIOS DE BALANCES DE ENERGIA
1. Se está comprimiendo aire de 100 kPa y 255 K (estado en el que tiene una entalpía
de 489 kJ/kg) a 1000 kPa y 278 K (estado en el que tiene una entalpía de 509 kJ/kg).
La velocidad de salida del aire del compresor es de 60 m/s. ¿Qué potencia (kW) debe
tener el compresor si la carga es de 100 kg/h de aire?. (Sugerencia: el aire a la
entrada está en reposo, V1 = 0 m/s).
R/ 0,61 W
2. Se bombea agua desde el fondo de un pozo de 15 ft de profundidad a razón de 200
gal/h para introducirla en un tanque con respiradero situado a 165 ft por encima del
suelo, con objeto de mantener constante el nivel del agua en el tanque. Para evitar
que el agua se congele, un pequeño calentador introduce 30000 Btu/h en el agua
durante su transferencia desde el pozo hasta el tanque de almacenamiento. Se pierde
calor del sistema a una velocidad constante de 25000 Btu/h ¿Qué temperatura tiene el
agua al ingresar en el tanque de almacenamiento, suponiendo que el agua del pozo
está a 35 °F? Se usa una bomba de 2 hp para subir el agua. Cerca del 55 % del
caballaje especificado se invierte en el trabajo de bombear y el resto se disipa como
calor hacia la atmósfera. Suponer Cp del agua constante e igual a 1.0 Btu/lb °F y la
densidad del agua de 8.33 lb/gal.
R/ 39,5 °F
3. Calcular la salida de potencia de un generador aislado que gasta 700 kg/h de vapor
de agua sobrecalentado a 10 atm y 500 K. El vapor de agua sale saturado a 1 atm.
R/ 41,6 kW
4. Agua a 180 °C se bombea a una velocidad de 100 ft3/h a través de un
intercambiador de calor para reducir su temperatura hasta 100 °F. Calcular la
velocidad de extracción de calor del agua en el intercambiador. Suponer Cp constante
e igual a 4,39 kJ/kg °C y densidad del agua @ 180 °C = 885 kg/m 3.
R/ 434,7 kW
5. Fluye vapor de forma constante por una turbina a un flujo másico de 25000 kg/h,
entra a 8 Mpa y 450 °C y sale a 30 kPa como vapor saturado. Si la potencia generada
por la turbina es de 4 MW, determine la pérdida horaria de calor del vapor.
R/ - 491 kW
6. Se requiere bombear 2000 kg/h de un aceite desde un pozo ubicado a una
profundidad de 50 m hasta un tanque de distribución localizado 10 m por encima del
suelo. Para que el aceite fluja más fácilmente se calienta la tubería mediante una
chaqueta de vapor, el vapor entra sobrecalentado a 6 MPa y 350 °C y sale como vapor
saturado a 25 kPa. La temperatura del aceite en el tanque de almacenamiento es de
20 °C y en el tanque de distribución es de 50 °C. La bomba utilizada entrega una
potencia de 4 kW y tiene una eficiencia del 60 %. La capacidad calorífica (Cp) del
aceite es 15.7 kJ/kg °C. Calcular el flujo horario de vapor de agua necesario para el
calentamiento.
R/ 2200 kg
7. Circula vapor a través de una tubería de diámetro constante a razón de 25000 kg/h,
desde el nivel del suelo hasta un calentador ubicado a 30 m de altura. El vapor entra a
98.7 atm y 450 °C (sobrecalentado) al sistema de conducción y llega al calentador
como vapor saturado a 140 °C. La pérdida de calor del vapor a través de la tubería es
de 8000 kW. Si para hacer circular el vapor se utiliza una turbina, calcular la potencia
neta que debe entregar.