2o Exámen Parcial 2006-1 - División de Ciencias Básicas

FACULTAD DE INGENIERÍA
2O. EXAMEN PARCIAL DE TERMODINÁMICA
DIVISÍÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
SÁBADO 12.11.2005., 7:00 (h), SEM 2006 - 1
DEPARTAMENTO DE FÍSICA GENERAL Y QUÍMICA
COORDINACIÓN DE TERMODINÁMICA
Robert Stephenson
Instrucciones: lea cuidadosamente todos los problemas que se ofrecen y resuelva cualesquiera
cuatro en dos horas. Se permite la consulta de cualquier documento propio.
a. Un tanque rígido se divide en dos compartimientos iguales mediante una pared rígida, en uno de
sus lados se tienen 5(kg) de agua a 200 (kPa) y 25 (ºC), mientras en el otro no hay sustancia
alguna. Se retira la pared expandiéndose el agua hasta realcanzar los 25 (ºC) al final. Calcule el
calor y su dirección en (J)
b. En un cilindro vertical con émbolo libre de fricción, hay 25(g) de vapor saturado de agua a 300
(kPa). Se cuenta con una resistencia de inmersión en su interior por la que circulan 0.2(A)
durante 5(min) provenientes de una fuente de 120(V). Durante el proceso ocurre una pérdida
calorífica de 3.7 (kJ). Calcule la temperatura al final del proceso.
c. Un tanque rígido contiene inicialmente amoniaco como líquido saturado; el tanque se enfría
hasta 0 (ºC) resultando una masa de vapor y de líquido de 900(g) y 1820 (kg), respectivamente.
Calcule el calor durante el proceso.
d. Una corriente de 100 (g/s) de R134-a a 1(MPa) y 50(ºC) se estrangula para entrar en un
mezclador adiabático, donde se reúne con R134-a a 100(kPa) y -40(ºC). Del mezclador sale
vapor saturado y seco a 1 (bar). Calcule el gasto másico del líquido.
e. Una caldera produce 2466.18 (ton/h) de agua a 3(MPa). Esta corriente se estrangula
adiabáticamente hasta 1 (MPa) para entrar a una turbina adiabática que produce 200(MW) de
potencia mecánica. De la turbina se extrae la cuarta parte de la alimentación a 400 (kPa) y
250(ºC), mientras es resto del flujo sale a 100 (kPa) y 150(ºC). ¿A qué temperatura entra el agua
en la turbina?
f. En un tanque diatérmico se halla 1 (kg) de un gas ideal (R=0.297 (J/ [gK]), k=1.4) a 500 (kPa) y
21(ºC). Se abre una válvula y el gas sale muy lentamente, hasta que el queda en el tanque
alcanza 100 (kPa); en ese instante se cierra la válvula. ¿Cuánto gas sale del tanque?
Resolución del segundo examen colegiado de Termodinámica. Semestre 2006-1
Sábado 12 de noviembre de 2005. 7:00 (h)
Robert Stephenson
a.- m= 5(kg), PA= 200(kPa), TA= 25(ºC), Tfin= 25(ºC), vA= 1.0029x10-3(m3/kg), uA= 104.88(kJ/kg),
{Q}=250(J)
vfin= 2.0058x10-3(m3/kg) ,xfin= 2.3130x10-5, ufin= 104.93(kJ/kg) ; {Q}=m(ufin-uA);
b.- m= 25(kg), xini=1, Pini=Pfin= 300(kPa), i= 0.2(A), t= 5(min), V= 120(V), {Q}= -3.7(kJ); hini=
2725.3(kJ/kg), hfin= 3161.3(kJ/kg);
hfin= hini+({Q}tiV)/m;
Tfin=344.94(ºC)
c.- xini=0, Tfin=0(ºC), mg= 900(g), mf= 1820(kg); vini=vfin= 0.001708 (m3/kg), uini= 349.7275(kJ/kg),
ufin=180.90905(kJ/kg), {Q}=m(ufin-uini);
{Q}=-307253.20(kJ)
d.- m= 100(g/s), Pc= 1(MPa), Tc= 50(ºC), Pm= 100(kPa), Tm= -40(ºC), Psal= 1(bar), xsal= 1,
hc=280.19(kJ/kg), hm= 0.0311(kJ/kg), hsal= 231.35(/kg); mm=(m(hsal-hc))/(hm-hsal); mm=21.11(g/s)
e.- m= 2466.18(ton/h), Psal.cal.= 3(MPa), Pent.tur.= 1(MPa), {W}= 200(MW), mext= m/4,
Pext.=400(kPa), Text.= 250(ºC), Pfin= 100(kPa), Tfin= 150(ºC); hext.= 2964.2(kJ/kg), hsal=
2776.4(kJ/kg), hent.tur.=hext./4 +(3/4)hsal - {W}/m;
Tent.tur. =330.07 (ºC)
f.- mini= 1(kg), R= 0.297(J/[gK]), k= 1.4, Pini= 500(kPa), Tini= 21(ºC), Pfin= 100(kPa) ; msal=mini(1(Pini/Pfin)) ;
msal=0.8(kg)
Gottlieb Daimier
g.- m=7.5(kg); {Q}=375(J)
h.- m=50(kg), t=10(min), {Q}=-7.4(kJ); Tfin=344.94(ºC)
i.- {Q}=-307253.20(kJ)
j.- msal=121.11(g/s)
k.- Tent.tur. =330.07 (ºC)
l.- mini= 500(g); msal=0.1 (kg)