PROBLEMARIO TÉRMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
DE LOS LLANOS OCCIDENTALES
EZEQUIEL ZAMORA
SUBPROYECTO: INTRODUCCIÓN A LA TÉRMICA
EXAMEN ETP UNIDAD I - (25%)
LA UNIVERSIDAD QUE SIEMBRA
_________ALUMNO:_______________________________________________CI:__________________
1. Si se añaden 100 kJ/kg de calor a 10 kg de fluido mientras se extraen 25 kJ/kg como trabajo, determine el
cambio en la energía interna del fluido para un proceso sin flujo. (20%)
2. Se comprime aire de manera adiabática en un proceso sin flujo desde una presión y temperatura de 14.7 psia y
70 ºF hasta 200 psia y 350 ºF. Si el Cv, del aire es 0.171 Btu/lb.ºF, determine el cambio en la energía interna del
aire y el trabajo realizado. (20%)
3. Un sistema sin flujo de 1 kg de fluido de trabajo, sufre un proceso en el que se liberan 42 kJ de calor. Si (P = K)
a 125 kPa mientras que el volumen varía de 0.20 m3 a 0.06 m3, determine el trabajo realizado y el cambio en la
energía interna. (20%)
4. A una turbina entran 4.8 kg/s de vapor. La salida de la turbina es 10 m más alta que la entrada. La velocidad de
entrada es 150 m/s y la velocidad de salida es 450 m/s. A la entrada, la entalpía es 3500 kJ/kg y a la salida la
entalpía es 2700 kJ/kg. Si se pierde calor a razón de 9.2 kJ/s. ¿Determine el trabajo de salida de la turbina en kW.
(20%)
5. Si entra 1 kJ a un sistema a 500 ºC, ¿qué cantidad de esta energía es desaprovechada con relación a un
sumidero a 20 ºC y qué cantidad con respecto a un sumidero a 0 ºC?. (20%)
SOLUCIÓN:
1.
Si se añaden 100 kJ/kg de calor a 10 kg de fluido mientras se extraen 25 kJ/kg como trabajo, determine el
cambio en la energía interna del fluido para un proceso sin flujo.
u  q  w
2.
Cv 
u  100
kJ
kJ
kJ
- 25
 75
kg
kg
kg
kJ
x 10 kg  750 kJ
kg
Se comprime aire de manera adiabática en un proceso sin flujo desde una presión y temperatura de 14.7
psia y 70 ºF hasta 200 psia y 350 ºF. Si el Cv, del aire es 0.171 Btu/lb.ºF, determine el cambio en la energía
interna del aire y el trabajo realizado.
q
u

T T
=>
u  Cv.T
u  q  w , Si (adiabático) Q = 0 =>
3.
u  75
u  w
u  0.171
Btu
Btu
x (350 - 70) º F  47.88
lb.º F
lb
w  u
w  - 47.88
Btu
lb
Un sistema sin flujo de 1 kg de fluido de trabajo, sufre un proceso en el que se liberan 42 kJ de calor. Si (P
= K) a 125 kPa mientras que el volumen varía de 0.20 m3 a 0.06 m3, determine el trabajo realizado y el
cambio en la energía interna.
kN
x (0.06 - 0.2) m 3  - 17.5 kJ
m2
w  P.v
w  125
u  q  w
u   42 kJ - (- 17.5 kJ)  - 24.5 kJ
4.
A una turbina entran 4.8 kg/s de vapor. La salida de la turbina es 10 m más alta que la entrada. La
velocidad de entrada es 150 m/s y la velocidad de salida es 450 m/s. A la entrada, la entalpía es 3500 kJ/kg
y a la salida la entalpía es 2700 kJ/kg. Si se pierde calor a razón de 9.2 kJ/s. ¿Determine el trabajo de
salida de la turbina en kW.
V12
V22
z1 .g 
 h1  q  z 2 .g 
 h2  w
2
2
2
V12  V22
w
 (h1  h2 )  q  z 2 .g
2
2
m 
m

m
150    450 
10mx9.8 2
kJ 9.2 kJ / s
s 
s
s
w 
 (3500  2700) 

2 x1000
kg 4.8 kg / s
1000
5.
w  710
kJ
kg
Si entra 1 kJ a un sistema a 500 ºC, ¿qué cantidad de esta energía es desaprovechada con relación a un
sumidero a 20 ºC y qué cantidad con respecto a un sumidero a 0 ºC?
SOLUCIÓN:
Supóngase que un ciclo de una máquina de Carnot opera entre las dos temperaturas en cada caso. En la figura
27 se muestra este problema en un sistema de coordenadas T-S. El área sombreada bajo la línea 773 ºk
representa la entrada de 1 kJ. Así:
S 
Qe
1000 J
J

 1.2937
T1 (500  273)º K
ºK
El área rayada representa el calor rechazado, o,
Qd  T2 .S  (20  273)º Kx1.2937
J
 379.05 J
ºK
El área rayada para un sumidero a 0 ºC es:
Qd  (0  273)º Kx1.2937
J
 353.2 J
ºK