GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA (GR. 1, 4) CURSO 2013

GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA (GR. 1, 4)
Enunciados de problemas de Termodinámica Técnica
CURSO 2013-2014
Análisis exergético
6.1.- Justo antes de abrir la válvula de escape, un cilindro de un motor de combustión interna
contiene 2450 cm3 de productos gaseosos de la combustión a una presión de 7 bar y una
temperatura de 1140 K. Determine el contenido exergético específico del gas, en kJ/kg,
despreciando los efectos de la energía cinética y potencial y asumiendo un comportamiento de
gas ideal. Tome como condiciones del ambiente termodinámico T0 = 300 K y p0 = 1.013 bar.
6.2.- Un flujo de vapor de agua sobrecalentado a 30 bar y 280 C entra a una válvula, y sale de
ella a una presión de 5 bar tras sufrir un proceso de estrangulación. Determine las exergías
específicas asociadas al flujo de vapor a la entrada y salida de la válvula, así como la
irreversibilidad en kJ/kg asociada al proceso. Considere unas condiciones del ambiente de
referencia de 25 C y 1 atm.
6.3.- En una instalación se debe calentar una corriente de aire desde el estado ambiente (T0 =
12 C, p0 = 1 bar) hasta T2 = 55 C, siendo p2 = p0. Dicha instalación consta de un intercambiador
de calor adiabático que calienta la corriente de aire desde la temperatura de entrada T1 hasta la
de salida T2. El caudal de aire es de 1.1 kg/s y al atravesar el intercambiador de calor su
presión desciende debido a rozamientos internos, por lo que es necesario colocar a la entrada
una soplante adiabática que tomando el aire del ambiente sea capaz de comprimirlo hasta
1.036 bar. La portencia de la soplante es W = 4.42 kW. El aire se calienta a partir de 0.467 kg/s
de un líquido caliente que entra al intercambiador a 70 C y sale de él a 48 C.
Dibuje el diagrama exergético de la instalación y calcule las pérdidas de exergía que tienen
lugar en cada elemento de la misma.
Nota: Supóngase que el fluido es incompresible, que su calor específico es igual a 4.19 kJ/kg·K
y que su evolución a lo largo del intercambiador es isóbara.
6.4.- En un proceso cíclico, la sustancia de trabajo, He, se calienta isobáricamente desde t1 =
300 C hasta t2 = 850 C. Se suponen despreciables los cambios de energía cinética y potencial
que se producen en dicho proceso, y se toma como calor específico del helio constante cp =
5.193 kJ/kg·K. Si el rendimiento térmico del ciclo es 0.330 y la temperatura ambiente es de t0 =
25 C, determine:
a. El rendimiento exergético del proceso cíclico
b. La pérdida exergética del mismo
c. El calor entregado al ambiente.
6.5.- Una corriente estacionaria de refrigerante R-12 entra a una válvula de laminación con un
flujo de 0.1 kg/s a la presión de 5.673 bar en estado de líquido saturado. El refrigerante sale a
la presión de 2.191 bar con un título de vapor de 0.21. Suponiendo una temperatura del
ambiente de 300 K, determine la cantidad de calor intercambiada con el ambiente y la
irreversibilidad (destrucción de exergía) del proceso.
Considere las siguientes propiedades del refrigerante
Entrada
Salida
p (bar)
5.673
2.191
hl (kJ/kg)
54.87
26.87
sl (kJ/kgK)
0.2078
0.1080
hv (kJ/kg)
sv (kJ/kgK)
183.19
0.7020
6.6.- Un depósito de paredes rígidas y adiabáticas tiene dos compartimentos de 1 m3 cada
uno, separados entre sí por una válvula colocada en una pared diaterma. Inicialmente uno de
los espacios está vacío mientras que el otro contiene nitrógeno a 600 kPa y 80 C. En un
instante dado se abre la válvula y el nitrógeno se expande rellenando todo el volumen del
depósito. Al final del proceso se alcanza el equilibrio. (Nota: T0 = 20 C)
a. Calcule la temperatura y presión finales
b. Evalúe la exergía destruida del proceso