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• Ignacio Delva

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3.1. Complete la siguiente tabla de propiedades del agua.

P, Bar 4,758 20 1,0133 50

A B C D

T, °C 150 320 100 140

V, m3/Kg 392,8 0,1308 1,246 1,0768E-3

H, Kj/Kg 2746,5 3069,5 2100 586,76

X% 100 74,47 -

3.10. Complete la siguiente tabla de propiedades de refrigerante 134a

A B C D

T, °C 8,93 30 46,32 26

P, Bar 4,0 5,0 12,0 6,8530

V, M3/KG 0,0509 0,04416 0,01627 0,0008309

U, KJ/KG 231,97 248,20 182,86 85,18

X% 100 97,92 0

3.11. Complete la siguiente tabla de propiedades refrigerante 134a

A B C D

T, °C -31,21 60 -12 -42,93

P, Bar 0,80 0,60 1,8540 0,40

V, M3/KG 0,5174 0,44879 0,08558 0,O509

U, KJ/KG 93,42 279,58 183,138 48,507

X% 41,7 80 22,55

3.20.- Se enfría a volumen constante vapor de agua a 300psia y 450°F hasta que la presión alcanza el valor de 50psia. Determínese

la energía interna en el estado final y hágase un esquema del proceso en un diagrama pv.

P1= 300 Psia

P2=50 Psia

T1= 450°F

u2=?

V1=V2

Vesp1= 1,6636 pies3/lb u1=1135,4 BTU/ Lb

1,6636 = (1-X)x 0,01727 + 8,52X 1,6636 – 0,01727 = (8,52 – 0,01727) X X= 0,1928

19,28%

U2= ( 1 – 0,1928)x 250,08 + 1095,6 x 0,1928 U2= 431,09

3.21.- Una mezcla líquido-vapor de agua se mantiene en un recipiente rígido a 60°C. El sistema se calienta hasta que su estado final es el punto crítico. Determínese (a) la calidad inicial de la mezcla, y (b) la relación inicial entre los volúmenes de vapor y de líquido. T1= 60°C T2=Tc=647,3°K---- 374,3°C V1=V2 Vc=0,0558 m3/kgmol Masa= 18,02 kg Vesp= 0,0558 m3/kgmol x Kgmol/18,02 Kg = 3,096x10-3 m3/Kg a) 3,096x10-3= (1 – X)x 1,0172x10-3 + 7,671X X= 2,7103 x10-3

0,027%

b) Vf/Vg= 1,072 x 10-3/7,671= 1,397 x10-4 Vapor= 0,027% líquido = 99,973%

3.26.- En un recipiente rígido de enfría agua a 10 bar y 280°C hasta que se convierte en vapor saturado. Determínese (a) la presión y

temperatura final en bar y grados Celsius respectivamente, y (b) la variación de la energía interna de Kj/Kg, (c) hágase su esquema del proceso en un diagrama Pv P1= 10 bar

T°2=

T1= 280°C

P2=

V1=V2

Vesp= 0,2404 m3/Kg

a) T°=

P=

170,4

0,2404

8,00

0,2404

X

0,2480

X

0,2480

165,0

0,2729

7,00

0,2729

T=167,66 °C

P= 7,766 bar

b) ΔU=

U1= 2760,2 Kj/Kg

U2= 2575,79 Kj/Kg

Δ= 2575,79 – 2760,2 Kj/Kg ΔU= -184,41 Kj/Kg C)

3.35. Un tanque rígido de 0,2 mᶾ contiene vapor de agua inicialmente saturado a 5 bar. Un enfriamiento del agua origina una caída de la presión a 1 bar. Se pide determinar en el instante final de equilibrio: (a) la temperatura en grados Celsius, (b) la calidad final, y (c) el cociente entre la masa de líquido y la masa de vapor. (d) dibuje el proceso en un diagrama pv. V1=V2= 0,2 m3

P2= 1 Bar

P1= 5Bar T1= 151,9°C Vesp= 0,3749 m3/Kg a) T°C = 99,63°C b) 0,3749 = (1-X) x 1,0432 x10-3 + 1,694 X X= 0,22083 c)

22,083%

0,2 = 100% 0,044 = 22,083% Masa de vapor = 0,044 m3

Masa de líquido = 0,156 m3

0,156m3/0,044m3 = 3,545 d)

3.36. Un dispositivo cilindro-émbolo contiene agua inicialmente a 20 psia y 4,36 ftᶾ/lb. El agua se comprime a presión constante hasta que se convierte en vapor saturado. (a) Hállese la temperatura inicial y final en grados Fahrenheit (b) Hállese el trabajo requerido en btu/lbṃ (c) Si el volumen inicial es 100 inᶾ, determínese la variación de la energía interna del agua en btu. P1=P2= 20 Psia V1= 4,36 pies3/Lb a) T1= 227,96 °F T2= 228,0°F b) W= P (Δ V ) V1= 4,36 pies3/Lb

V2= 20,09 pies3/Lb

W= 20 Psia x (20,09- 4,36) pies3/Lb W= 314,6 BTU/Lb

c) U1= 196,19 BTU/Lb

U2= 1082,0 BTU/Lb

ΔU= (1082,0 – 196,19) BTU/Lb. ΔU= 885,81 BTU/Lb. x 100 in3 x pies3/1728 in3 ΔU= 0,117 BTU

3.45.

Un

dispositivo

cilindro-émbolo

contiene

nitrógeno

inicialmente a 1,0 Mpa y 200 K ocupando un volumen de 5 lts. Se comprime el fluido hasta 10 mpa y 0,7706 lts. Determínese: (a) la temperatura final en kelvin y la variación de energía interna en kj. Basándose en los datos reales del gas, y (b) la temperatura final utilizando la ecuación del gas ideal pv=RᵤT, donde R ᵤ0=8,314 kpa×m/kmol ×kelvin.

3.46. Se comprime agua líquida saturada a 40°c hasta 80°c y 50 bar. (a) Determínese la variación del volumen específico y la energía interna utilizando la tabla de líquido comprimido. (b) Determínese las mismas cantidades utilizando los datos de saturación como aproximación.

(c) Hállese el porcentaje de error que se comete al comparar la segunda respuesta con la primera.

3.55. Un dispositivo cilíndrico-émbolo contiene una mezcla líquido vapor de agua inicialmente a 5 bar y 0,356 m³/Kg. Tiene lugar una expansión a lo largo del camino Pv= constante hasta que se alcanza un presión de 1,5 bar. Si el trabajo realizado por agua es 214 kJ/kg, determínese el calor transferido en kJ/kg.

3.56. En un depósito rígido se enfría nitrógeno desde su punto crítico hasta una presión de 4 bar. Hállese (a) la temperatura final en kelvin, y (b) el calor transferido en kJ/kg. (c) Dibújese un esquema del proceso en un diagrama Pv.

3.65. Un dispositivo cilindro-émbolo con un volumen inicial de 0,10ft³ contiene agua inicialmente a 160 psia y calidad 50 por 100. Al agua se le suministran 35,6 Btu en forma de calor mientras la presión permanece constante. Determínese (a) la masa de agua, en libras, en el interior del sistema y (b) la temperatura final en grados Fahrenheit. (c) Hágase un esquema del proceso en un diagrama Pv.

3.66. Un dispositivo cilindro-émbolo contiene en su interior 3 lb de vapor de agua saturado a 40 psia. Se transfiere agua a 600 Btu en forma de calor, y una rueda de paletas da 5.000 vueltas en el interior. Si la temperatura final es 800º F y la presión permanece constante, determínese (a) el par constante en lbf * ft aplicado al eje de la rueda de paletas, despreciando la energía almacenada en la rueda, y (b) el coste de la electricidad, en centavos, si el

suministro cuesta 0,104 $/kW

* h. Despréciese la energía

almacenada por la rueda de paletas.

3.75I. un recipiente rígido de 2 ftᶾ se encuentra inicialmente lleno con vapor de agua saturado a 14,7 psia. El agua se enfría hasta 150°F. (a) hágase un esquema del proceso en un diagrama pv con relación a la línea de saturación. (b) hállese la presión final psia. (c) hállese el calor transferido desde el vapor de agua en btu.

3.76. Un depósito rígido y aislado esta inicialmente dividido en comprimidos mediante un tabique. Uno contiene 1 kg de vapor de agua saturado a 6 mpa y el otro está vacío. Se rompe el tabique de separación y el agua se expande por todo el depósito. El volumen total es tal que la presión final de equilibrio es 3 mpa. Determínese (a) el volumen inicial del líquido saturado en lts, (b) el volumen total del depósito en lts.

(c) dibújese en un diagrama pv el

proceso con relación a la línea de saturación. 3.85I. Un deposito cilindro-embolo que se mantiene a 3 mpa contiene 0,025 kg de agua inicialmente a 280°c. Una rueda de paletas comunica un trabajo de 1800 N×m, mientras tiene lugar una pérdida de calor. El volumen final ocupado por el fluido es 60 por 100 de su valor inicial. Determínese (a) la temperatura final en grados Celsius, (b) la entalpia final en kj/kg, (c) el calor extraído en kj. (d) hágase un esquema del proceso en un diagrama pv.

3.86. El agua contenida en un dispositivo cilindro-émbolo realiza dos procesos consecutivos desde un estado inicial de 10 bar y 400°c. En el proceso 1-2 el agua se enfría a presión constante hasta un estado de vapor saturado. En el proceso 2-3 el agua se enfría a volumen constante hasta 150°c. (a) Determínese el trabajo en proceso 1-2 en kj/kg, (b) determínese el calor transferido en el proceso global n kj/ kg, y (c) hágase un esquema de los dos procesos en un diagrama pv.