Yobelisa Beltré 2014-0328 5-1C Defina los flujos másico y volumétrico. ¿Cómo se relacionan entre sí? El caudal másico e
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Yobelisa Beltré 2014-0328
5-1C Defina los flujos másico y volumétrico. ¿Cómo se relacionan entre sí? El caudal másico es la cantidad de masa que fluye a través de una sección transversal por unidad de tiempo, mientras que el caudal volumétrico es la cantidad de volumen que fluye a través de una sección transversal por unidad de tiempo. 5-2C ¿Cuándo es estacionario el flujo que pasa por un volumen de control? El flujo a través de un volumen de control es constante cuando no implica cambios con el tiempo en ninguna posición específica. 5-3C ¿La cantidad de masa que entra a un volumen de control tiene que ser igual a la cantidad de masa que sale durante un proceso de flujo no estacionario? La cantidad de masa o energía que ingresa a un volumen de control no tiene que ser igual a la cantidad de masa o energía que sale durante un proceso de flujo inestable. 5-4C Considere un dispositivo con una entrada y una salida. Si los flujos volumétricos en la entrada y en la salida son iguales, ¿el flujo por este dispositivo es necesariamente estable? ¿Por qué? No, un flujo con el mismo caudal volumétrico en la entrada y la salida no es necesariamente constante (a menos que la densidad sea constante). Para mantenerse estable, el caudal másico a través del dispositivo debe permanecer constante. 5-8 Entra agua a los tubos de una caldera, de 130 mm de diámetro constante, a 7 MPa y 65 °C, y sale a 6 MPa y 450 °C, a una velocidad de 80 m/s. Calcule la velocidad del agua en la entrada de un tubo, y el flujo volumétrico a la entrada. 2
Ac=
πD2 π (0.13m) = =0.01327 m2 4 4
AcV 2 m= = V2
80 m ) s =20.35 kg /s 0.05217 m3 /kg
(0.01327 m2 )(
3 mV 1 (20.35 kg /s)(0.001017 m /kg) V 1= = =1.560 m/s Ac 0.01327 m 2
V 1= Ac V 1=( 0.01327 m2 )(
1.560 m )=0.0207 m3 /S s
5-9 Una secadora de cabello es fundamentalmente un ducto de diámetro constante, donde se colocan algunas capas de resistencias eléctricas. Un pequeño ventilador succiona el aire y lo impulsa pasando por las resistencias, donde se calienta. Si la densidad del aire es 1.20 kg/m3 en la succión, y 0.95 kg/m3 en la salida, determine el aumento porcentual en la velocidad del aire, al pasar por la secadora. m1=m2 p 1 AV 1= p 2 AV 2 V 2 p1 = V 1 p2 1.20 kg m3 ¿ =1.263=26.3 % 0.95 kg m3
( )
5-14 Una bomba aumenta la presión del agua de 70 kPa en la succión, hasta 700 kPa en la descarga. El agua llega a ella a 15 °C, pasando por una abertura de 1 cm de diámetro, y sale por una abertura de 1.5 cm de diámetro. Determine la velocidad del agua en la succión y la descarga, cuando el flujo másico por la bomba es 0.5 kg/s. ¿Cambiarán mucho esas velocidades si la temperatura en la succión aumenta hasta 40 °C? 3 mV 1 4 mV 1 4(0.5 kg/ s)(0.001001 m /kg) V 1= = = =6.37 m/ s A1 π ( 0.01 m ) 2 πD12
V 2=V 1= V 1=
A1 D1 m =V 1 = 6.37 A2 D2 s
( )(
)(
0.01m 2 =2.83 m/s 0.015 m
)
3 mV 1 4 mV 1 4 (0.5 kg/ s)(0.001008 m /kg) = =6.42 m/s A1 π ( 0.01 m ) 2 πD12
Balance de energía de flujo estacionario: toberas y difusores 5-25C Un sistema de flujo estacionario ¿puede implicar un trabajo de la frontera? No. 5-26C Un difusor es un dispositivo adiabático que disminuye la energía cinética del fluido al desacelerarlo. ¿Qué sucede con esa energía cinética perdida? Se convierte principalmente en energía interna como se muestra por un aumento en la temperatura del fluido. 5-27C La energía cinética de un fluido aumenta a medida que se acelera en una tobera adiabática. ¿De dónde procede esa energía cinética?
La energía cinética de un fluido aumenta a expensas de la energía interna como se evidencia por una disminución en la temperatura del fluido. 5-28C ¿Es deseable transferir calor hacia o desde el fluido, cuando pasa por una tobera? ¿Cómo afectará la transferencia de calor a la velocidad del fluido en la salida de la tobera? La transferencia de calor al fluido a medida que fluye a través de una boquilla es deseable ya que probablemente aumentará la energía cinética del fluido. La transferencia de calor desde el fluido disminuirá la velocidad de salida. 5-30 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. V 1= m=
Rt 1 =¿ ¿ P1
1 A 1V 1= V1
1 3
0.4525
m kg
( 0.0110 m2 ) 45 m =1.094 kg /s
( s)
5-67 Una mezcla de líquido y vapor de agua saturados, llamada vapor húmedo, fluye en una línea de suministro de vapor de agua a 2 000 kPa y se estrangula hasta 100 kPa y 120 °C. ¿Cuál es la calidad de vapor de agua en la línea de suministro? X 1=
h 2−hf 2716.1−908.47 = =0.957 h fg 1889.8
5-76 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. m 2=
( 335.02−175.90 ) kj/kg kj/kg ¿( 0.05 kg/ s)=¿ 0.865 kg/s 175.90−83.915 ¿
5-84 Un intercambiador de calor de tubos concéntricos con pared delgada, de contraflujo, se usa para enfriar aceite (cp " 2.20 kJ/kg · °C) de 150 a 40 °C, a una razón de 2 kg/s, usando agua (cp " 4.18 kJ/kg · °C), que entra a 22 °C, a una razón de 1.5 kg/s. Determine la tasa de transferencia de calor en el intercambiador y la temperatura de salida del agua.
( 2 kgs )( 2.2kgkj .C )( 150 C−40 C )=484 kW
Q= [ Mcp ( Tin−Tout ) ] oil=
Q Q= [ Mcp ( Tin−Tout ) ] water =Tout=Tin + =22C + mwater Cp 1.5 kg s
(
484 kj s =99.2 C 4.18 kj .C kg
)(
)