• Author / Uploaded
• Milton Franklin Auris Quispe

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE IGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA QUINTA PRÁCTICA DE INGENIERIA TERMODINAMICA I TIEMPO 100 MINUTOS SIN ELEMENTOS DE CONSULTA 1.- Un depósito de almacenamiento en un sistema de refrigeración tiene un volumen de 0.006m3 y contiene una mezcla bifásica líquido-vapor de R12 a 180Kpa con un titulo de 90%. Determínese las masas de líquido y vapor saturados presentes en Kg y la fracción de volumen total que ocupa cada fase. 2.- El circuito refrigerante de un sistema de aire acondicionado es un intercambiador de calor por cuyo exterior circula aire. El caudal de aire es 40 m3/min. entra a 40ºC, 1,1 bar y sale 20ºC, 1bar, el refrigerante 12 entra a los tubos con un título del 40% y 10ºC y sale como vapor saturado a 10ºC. Ignorando la transferencia de calor entre el intercambiador y el entorno, despreciando los efectos de la energía cinética y potencial, determínese para estado estacionario: a) El flujo máximo de refrigerante, en kg/min b) La energía transferida por el aire al refrigerante en kg/min

3.- Una bomba que opera en situación estacionaria impulsa un caudal de agua de

0.05m3/s a través de una tubería de 18 cm de diámetro hasta un punto situado 100m por encima de la tubería de entrada que tiene un diámetro de 15cm. La presión es aproximadamente igual a 1 bar, tanto en la entrada como en la salida, y la temperatura del agua permanece casi constante en 20°C. Determínese la potencia consumida por la bomba (g=9.81m/s2) 4.- Una masa de aire que inicialmente ocupa 1 m 3 a 1,5 bar y 20ºC sufre un proceso de compresión internamente reversible según una trayectoria politrópica pVn = cte. Hasta un estado final donde la presión es 6 bar y la temperatura es 120ºC. Determínese: a) El valor de n. b) El calor y el trabajo intercambiados por el aire, en kJ. c) La variación de entropía del aire, en kJ/K.

3.13. Un depósito de almacenamiento en un sistema de refrigeración tiene un volumen de 0.006m3 y contiene una mezcla bifásica líquido-vapor de R12 a 180Kpa con un titulo de 90%. Determínese las masas de líquido y vapor saturados presentes en Kg y la fracción de volumen total que ocupa cada fase. Datos: V = 0.006m3

X = 90%

Hallar mf = ? Mg = ?

Vf = ? Vg = ?

P = 180 Kpa Solución De: X = mg /(mg + mf) remplazando X = 0.9 0.9 mg + 0.9 mf = mg resolviendo nos queda. mg = 9 mf…………………………………………(1) Para los valores de Vf y Vg tabulando, entrando a tabla con 180Kpa = 0.18Mpa. vg = 0.09248 m3/Kg Para las masas:

Vf = 0.000677 m3/Kg

Vg = vg (mg) y Vf = vf (mf) remplazando en : V = Vg + Vf ……………………………………..(2) Nos queda: mf= 0.006/(9 vg + vf ) remplazando valores vf y vg resulta que: mf = 0.00720Kg. y remplazando en (1). Mg = 0.0648Kg. Para la fracción de volumen. Vg = vg/(vg + vf) = 99% Vf = vf/(vg + vf) = 0.072%

4.13.- El circuito refrigerante de un sistema de aire acondicionado es un intercambiador de calor por cuyo exterior circula aire. El caudal de aire es 40 m3/min. entra a 40ºC, 1,1 bar y sale 20ºC, 1bar, el refrigerante 12 entra a los tubos con un título del 40% y 10ºC y sale como vapor saturado a 10ºC. Ignorando la transferencia de calor entre el intercambiador y el entorno, despreciando los efectos de la energía cinética y potencial, determínese para estado estacionario: c) El flujo máximo de refrigerante, en kg/min d) La energía transferida por el aire al refrigerante en kg/min Para el aire

°

m = AC Υ

de enlace general: PV = RTM => Pυ = RT

υ = RT = .287 X 313 p 110

υ = 0.8166 m3/kg

º M4 =? ºm1 = 40 m3/min = 48.98 kg/min 0.8166 m3/kg FEES para el intercambiador: O = Q –w + Σnehe – Σnehe – Σnshs => Σnshs = Σmehe m1h1 + m3h3 = m2h2 + m4h4 º m3(h4-h3) = m(h1 – h2) º º m = m(h1-h2) = m Cp ∆T (h4-h3) h4 - h3 hf = 45.337 h3 = hf + xhfg 10ºC hfg = 146.264 h3 = 45.387 + 0.4(146.265) h3 = 103.843 kj/kg h4 v.s. h4 = 191.602 10ºC Reemplazando: º kj m = 48.98 kg/min x (1.0035 --- ) (40 – 20) ºk kg___________ (191.602 – 103.843) kj/kg b) El calor transferido por el aire

m = 11.2015 kg/min

º º º º O = Q – W + Σmehe = Σmshs º º º Q = mshs – mehe º º Q = m1(hs –he) = m1 Cp∆Ts,e

º Q = 48.98 kg/min (1´0035 kj ) (-20) K Kg k º Q = -983.0286 KJ/min Q = 983.0286 Kj/min

4.12. Una bomba que opera en situación estacionaria impulsa un caudal de agua de 0.05m 3/s a través de una tubería de 18 cm de diámetro hasta un punto situado 100m por encima de la tubería de entrada que tiene un diámetro de 15cm. La presión es aproximadamente igual a 1 bar, tanto en la entrada como en la salida, y la temperatura del agua permanece casi constante en 20°C. Determínese la potencia consumida por la bomba (g=9.81m/s 2) AC  0.05m 3 / s d 1  18cm  0.18m z 2  100 d 2  15cm  0.15m P  1bar T  20C

0

m

AC 0.05m 3 / s   49.9kg / s V 0.001002m 3 / kg AC 2  0.05m 3 / s

*d 1  0.18m A1 

 (d e ) 2 4



 (0.18m) 2 4

 (d s ) 2 4



 (0.15m) 2

Como : AC1  0.05m 3 / s C1 

C2 

0.05m 3 / s 0.01767 m / s

C 2  208293m / s

* d 2  0.15m A2 

 0.0254m

2

0.05m 3 / s 0.0254m 2

C1  1.9685m / s

4

0

0

0

2

0

 0.01767 m 20  Q  W  m 1 ( h1  C1 / 2  gz1 )  m 2 ( h2  C 2 0

2

/ 2  gz 2 )

0

Como : m 1  m 2 0

0

2

2

W  m(C1 / 2  C 2 / 2  gz 2 ) 0

W  49.9kg / s ( 0

W  48.99kW

(1.9685m / s ) 2 (2.8296m / s ) 2   9.8m / s 2 x100m) 2 2

Problema Nº 6.10 Una masa de aire que inicialmente ocupa 1 m 3 a 1,5 bar y 20ºC sufre un proceso de compresión internamente reversible según una trayectoria politrópica pVn = cte. Hasta un estado final donde la presión es 6 bar y la temperatura es 120ºC. Determínese: d) El valor de n. e) El calor y el trabajo intercambiados por el aire, en kJ. f) La variación de entropía del aire, en kJ/K. Solución: a)

T2/T1 = (V1/V2)-(n – 1) (393K/293K) –(1/1-n) = 1m3/V2 T2/T1 = (P2/P1)-((n-1)/n) 393K/293K = (600Kpa/150Kpa) ((n-1)/n) Aplicando logaritmo. ln 1.3412 = ((n-1)/n) Ln4 Donde n = 1,2687 Por lo tanto V2 = 0.3353 m3 W = (P2V2 – P1V1)/(n-1) W = (600Kpa * 0.3353m3 – 150Kpa*1m3)/(1-1.2687) W = -190.62 kJ. P1V1 = mRT1 m = (150 Kpa * 1 m3)/(0.287kJ/KgºK)(293ºK) m = 1.7873 Kg Q = W + ΔU Q = -190.62 + mCv(T2 – T1) Q = -62.81 kJ ΔS = m(Cvln(T2/T1) + Rln(V2/V1) ΔS = 1.7837 (-10.32) ΔS = -0.1840 corregir