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• Judith HY

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EJERCICIOS 1. Un dispositivo de cilindro-émbolo, con un grupo de topes, contiene inicialmente 0.3 kg de vapor de agua a 1.0 MPa y 400 °C. El lugar de los topes corresponde al 60 por ciento del volumen inicial. Entonces, se enfría el vapor de agua. Determine el trabajo de compresión, si el estado final es a) 1.0 MPa y 250 °C, y b) 500 kPa. c) También determine la temperatura del estado final en el inciso b).

2. Una masa de 2.4 kg de aire a 150 kPa y 12 °C está dentro de un dispositivo de cilindroémbolo hermético y sin fricción. A continuación, se comprime el aire hasta una presión final de 600 kPa. Durante el proceso, se retira calor del aire de tal modo que permanece constante la temperatura en el interior del cilindro. Calcule el trabajo consumido durante este proceso. Respuesta: 272 kJ

3. Un recipiente rígido bien aislado contiene 2 kg de un vapor húmedo de agua, a 150 kPa. En un principio, tres cuartos de la masa están en la fase líquida. Una resistencia eléctrica colocada en el recipiente se conecta con un suministro de voltaje de 110 V, y pasa una corriente de 8 A por la resistencia, al cerrar el interruptor. Determine cuánto tiempo se necesitará para evaporar todo el líquido en el recipiente. También muestre el proceso en un diagrama T-V con respecto a líneas de saturación.

4. En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga de resorte hay refrigerante 134a, a 600 kPa y 150 °C, con un volumen inicial de 0.3 m3. Entonces se enfría el refrigerante, hasta que su temperatura es _30 °C, y su volumen es 0.1 m3. Determine el calor transferido al refrigerante, y el trabajo producido por él, durante este proceso. Respuestas: 1 849 kJ (calor rechazado por el refrigerante), 68.4 kJ (trabajo efectuado sobre el refrigerante)

5. A una tobera entra aire constantemente a 300 kPa, 200 °C y 45 m/s, y sale a 100 kPa y 180 m/s. El área de entrada de la tobera es 110 cm2. Determine a) el flujo másico por la tobera, b) la temperatura del aire a la salida y c) el área de salida de la tobera. Respuestas : a) 1.09 kg/s, b) 185 °C, c) 79.9 cm2

6. A una tobera entra vapor de agua a 400 °C y 800 kPa, con una velocidad de 10 m/s, y sale a 300 °C y 200 kPa, mientras pierde calor a una tasa de 25 kW. Para un área de entrada de 800 cm2, determine la velocidad y el flujo volumétrico del vapor de agua en la salida de la tobera. Respuestas: 606 m/s, 2.74 m3/s

7. Por una turbina adiabática pasa un flujo estacionario de vapor de agua. Las condiciones iniciales del vapor son 6 MPa, 400 °C y 80 m/s en la entrada, y en la salida son 40 kPa, 92 por ciento de calidad y 50 m/s. El flujo másico del vapor es 20 kg/s. Determine a) el cambio de energía cinética, b) la potencia desarrollada por la turbina y c) el área de entrada de la turbina. Respuestas: a) _1.95 kJ/kg, b) 14.6 MW, c) 0.0119 m2

8. Un flujo de agua caliente a 80 °C entra a una cámara mezcladora a una razón de 0.5 kg/s, y se mezcla con un flujo de agua fría a 20 °C. Se desea que la mezcla salga de la cámara a 42 °C. Calcule el flujo másico de agua fría. Suponga que todos los flujos están a la presión de 250 kPa. Respuesta: 0.865 kg/s

9. A un condensador de una termoeléctrica entra vapor a 20 kPa y 95 por ciento de calidad, con un flujo másico de 20,000 kg/h. Se va a enfriar con agua de un río cercano, pasándola por los tubos ubicados en el interior del condensador. Para evitar la contaminación térmica, el agua del río no debe tener un aumento de temperatura mayor de 10 °C. Si el vapor debe salir del condensador como líquido saturado a 20 kPa, determine el flujo másico del agua de enfriamiento requerido. Respuesta: 297.7 kg/s