Segundo Examen Parcial
Balances de Energía.
27-II-2013
1. Defina un sistema y simplifique el balance de energía del sistema abierto en cada
uno de los casos siguientes. Señale cuando sea posible , si los términos de calos y
trabajo de flecha diferentes de cero son positivos o negativos.
a-- El vapor entra en una turbina rotatoria y hace girar un eje conectado a un
generador. Los puestos de entrada y salida del vapor se encuentran a la misma
altura. Parte de la energía se transfiere a los alrededores en forma de calos.
b--Una corriente de líquido fluye a través de un intercambiador de calor donde se
calienta de 25 ºC a 80 ºC, Las tuberías de entrada y de salida tienen el mismo
diámetro, y la elevación entre estos puntos no varia.
c---El agua pasa a través de la compuerta de una presa y cae sobre el rotor de una
turbina , el cual hace girar un eje conectado a un generador. la velocidad del fluido
en ambos lados de la presa es despreciable, y el agua sufre cambios insignificantes
de presión y temperatura entre la entrada y la salida .
d--Se bombea petróleo crudo por un oleoducto de superficie. la entrada del mismo
esta 200m más arriba que la salida , el diámetro del oleoducto es constante y la
bomba está ubicada cerca del punto medio de la tubería . La energía disipada por
fricción en la linea se transfiere como calor a través de la pared.
e-- Se realiza una reacción química en un reactor continuo que no contiene partes
móviles. Los cambios de energía cinética y potencial de la entrada a la salida son
despreciables.
2. El vapor saturado a 100ºC se calienta a 400ºC. emplee las tablas de vapor para
determinar (a) la alimentación de calor necesaria (J/s) si una corriente continua
que fluye a 100kg/s sufre el proceso de presión constante y (b) la alimentación de
calor necesaria (J) si 100 kg se someten al proceso en un recipiente de volumen
constante. ¿Cuál es la importancia física de la diferencia entre los valores númericos
de estas dos cantidades?
3.Ocho onzas fluidas (1qt=32Oz) de una bebida en un vaso se enfriarán a 18ºC
agregando hielo y agitando. Las propiedades de la bebida pueden considerarse las
del agua líquida . La entalpiá del hielo en relación con el agua líquida en el punto
triple es -348kj/kg. Estime la masa de hielo para que la temperatura del liquido
llegue a 4ºC, despreciando las pérdidas de energía hacia los alrededores.
(sugerencia: para este proceso intermitente isobárico, el balance de energía se
reduce a Q=∆H).
4. Un tanque de gran tamaño contiene metanol a presión de 3.1 bar absolutas.
Cuando se abre una válvula en el fondo del tanque, el metanol drena libremente por
un tubo con DI de 1 cm, cuya salida se encuentra 7.om por debajo de la superficie del
metanol. La presión a la salida de la tubería de descarga es de 1 atm. (a) Utilice la
ecuación de Bernoulli para estimar la velocidad de descarga y de flujo del metanol
en l/min cuando la válvula de descarga se abre por completo. Desprecie la velocidad
de descenso del nivel de metanol en el tanque. (b). Cuando la válvula de descarga
está cerrada en parte, la velocidad de flujo disminuye lo cual significa que ∆u2 /2
cambia. Sin embargo, los otros dos términos de la ecuación de Bernoulli
permanecen iguales. ¿Como explicar este resultado en apariencia contradictorio?
(sugerencia: examine las suposiciones efectuadas al derivar la ecuación de
Bernoulli).
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