Termodinámica 2003          

Practica

Unidad Temática 2                                  

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

 

Problema 1

En un local donde se tiene una temperatura ambiente de 20°C, se encuentra un compresor accionado por un motor eléctrico conectado a la red; el compresor alimenta un depósito de aire comprimido donde se tiene una temperatura de 50°C. El motor eléctrico tiene un rendimiento del 90% y se encuentra a una temperatura de 60°C. Indicar los límites de al menos cuatro sistemas distintos, indicando que tipo de sistema es y que intercambios de masa y energía realiza.

Para cada uno de los sistemas elegidos, plantee la ecuación del primer principio correspondiente, indicando, en cada caso, de que tipo de sistema se trata, desde el punto de vista de los intercambios de masa y energía que realiza.

 

Problema 2

Se calienta agua en una cacerola tapada (volumen constante), mientras se la agita por medio de una hélice. Durante el proceso se añaden 30 kJ de calor al agua, y 5 kJ se liberan hacia el aire de los alrededores. El trabajo aportado por la hélice asciende a 500 Nm. Determine la energía final del sistema si su energía inicial es de 10 kJ. Si el proceso se realiza a presión constante, y no a volumen constante, la energía almacenada sería mayor o menor? Por qué?

Respuesta:35,5 Kjoule.

 

Problema 3

Una masa de 15 kg de aire en un dispositivo de cilindro-émbolo se calienta de 25 a 77°C al pasar corriente por un calefactor eléctrico dentro del cilindro. La presión dentro de éste se mantiene constante en 300 kPa durante el proceso y ocurre una pérdida de calor de 60 kJ. Determine la energía eléctrica suministrada.

Respuesta: 0,235 kWh

 

Problema 4

Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción contiene aire a 200 kPa, 100°C y 0,2 m3. En este estado, un resorte lineal toca el émbolo pero no ejerce fuerza sobre él. Se le entrega calor al aire hasta llegar a un estado final definido por 0,5 m3 y 800 kPa. Determinar la temperatura final del aire, los intercambios de energía realizados por este y el trabajo realizado contra el resorte. Respuesta: Trabajo total: 150 kJoule; trabajo contra el resorte: 90 kJoule

 

Problema 5

Un tanque rígido de 0,6 m3 contiene R12 en estado de vapor saturado a 0,8 Mpa. Se deja enfriar el refrigerante hasta que la presión disminuye a 200 kPa. Determinar la temperatura final, la cantidad de refrigerante condensado y la cantidad de calor intercambiado.

Respuesta: -12,53°C; 27,6kg; -3746 kJoule.

 

 

 

Problema 6

Vapor de agua a 3Mpa y 400°C entra a una tobera adiabática con una velocidad de 40 m/s y sale a 2,5 Mpa y 300 m/s. Determinar la temperatura de salida del agua.

Respuesta: 376,6 °C

 

Problema 7

En un equipo de aire acondicionado el aire a enfriar ingresa a 27 °C y 100 kPa, e intercambia calor con R12. El refrigerante ingresa al intercambiador de calor con un título igual a 0,3, y con una presión 140 kPa; sale del mismo como vapor saturado a la misma presión. Si la cantidad de aire es de 12 m3/min y la de refrigerante es de 2 kg/min, calcular la temperatura de salida del aire.

Respuesta: 10,8°C

 

Problema 8

Se comprime aire desde 100 kPa y 25°C hasta 1Mpa y 347 °C, eliminándose 1500 kJ/min de calor en el proceso, siendo la potencia consumida en el proceso igual a 250 kw. Si la velocidad a la entrada es despreciable y a la salida es igual a 90 m/s, calcúlese la masa que circula

Respuesta: 0,68 Kg/s

 

Problema 9

Un tanque rígido de 0,1 m3 inicialmente contiene R12 a 1Mpa en estado de vapor saturado. El tanque es conectado mediante una válvula a una línea de alimentación que conduce refrigerante a 1,2 Mpa y 30°C. Se deja ingresar refrigerante al tanque hasta que el mismo contiene liquido saturado a 1,2 Mpa. Determinar la masa que entró y la cantidad de calor intercambiado por el refrigerante.

Respuesta: 115,7 kg; 1594 kJoule

 

Problema 10

Con agua se va a enfriar refrigerante 12 en un condensador. El refrigerante entra al condensador con una relación de flujo de masa de 6 Kg / min a 1 MPa y 70°C y lo abandona a 35 °C. El agua de enfriamiento entra a 300 KPa y 15 °C y sale a 25°C. Desperdiciando la caída de presión, calcular :

a)      La relación de flujo masa del agua de enfriamiento requerida.

b)      La relación de transferencia de calor del refrigerante al agua

Respuesta: 22,6 Kg / min; 934,4 Kjoule / min