• Author / Uploaded
• Diego Meza

• Categories
• Presión
• Calor
• Agua
• Líquidos
• Cantidad

Citation preview

PROBLEMARIO DE TERMODINAMICA DE 3 Y 4 UNIDAD SISTEMA ABIERTO Y SISTEMA CERRADO. INSTRUCCIONES: RESUELVA LOS SIGUIENTES PROBLEMAS E INDIQUE LOS DIAGRAMAS Y EL PROCEDIMIENTO. 1.- Entra agua a 80°c y 75 bares en una calderas por un tubo de 2.0 cm de diámetro interior constante, con un gasto másico de 0.760 kg/s. el agua sale del punto de la caldera a 440°C con una velocidad de 90.5 m/s. determine a) La velocidad de la entrada del tubo, en m/s, b) La presión del agua a la salida del tubo en bares 2.- En un equipo de flujo estacionario entra vapor de agua a 160 bares y 560°C con la velocidad de 80 m/s. a la salida, el flujo es un vapor saturado a 2.0 bares, y el área es a 1000 cm². Si el gasto másico es 1000 kg/m, determine a) El área de la entrada, en cm² b) La velocidad de salida en m/s 3.- En una turbina entra vapor de agua a 60 bares y 500°C con una velocidad de 100 m/s y sale como vapor saturado a .60 bares. El tubo de entrada en la turbina tiene un diámetro de .60m mientras que el diámetro de salida es 4.5m determine. a) El gasto másico en K/Hr b) La velocidad de salida en m/s 4.- Aire inicialmente a 0.25 MPa y 80°C circula a traves de un área de 100 cm² con un gasto másico de 50 Kg/min. Determine a) La velocidad de entrada, en m/s b) El área de salida, en centímetros cuadrados. 5.- A través de un tubo de sección transversal variable circula aire. A la entrada del tubo la presión es de 6.0 bares, la temperatura 27°C, el área de 35.0cm² y la velocidad es 60m/s. A la salida del tubo las condiciones son 5.0 bares, 50°C y el área de la sección transversal es 20.0cm² Halle a) El gasto másico, en Kg/s b) La velocidad de salida, en m/s 6.- Circula agua a 20°C y 0.20MPa por una manguera de jardín cuyo diámetro interior es 2.50cm; en la salida hay una boquilla cuyo diámetro es 0.60cm. La velocidad de salida es 6.0 m/s. Determine a) El gato másico, en Kg/s, b) La velocidad en la manguera m/s 7.- Agua líquida a 15°C fluye a lo largo de gran longitud. En la posición 1 en el tubo el diámetro en 15 cm y la velocidad es 0.9 m/s en la posición 1, la velocidad es 3.6 m/s. Determine a) El gasto másico, en Km/min, b) Diámetro interno en la posición 2, en centímetros.

8.- En una tobera entra agua a 30 bares y 320°C y sale a 15 bares con una velocidad de 535 m/s. El gasto másico es 8000 Kg/H. Depreciando la velocidad de entrada y suponiendo que el flujo es adiabático, Calcule. a) La entalpia de salida, en KJ/Kg. b) La temperatura de salida, en °C c) El área de salida de la tobera, en cm² 9.- Se admite aire en una tobera adiabática a 3 bares, 200°C y 50 m/s. Las condiciones de salida son 2 bares y 150°C. Determine el consiente del área de salida entre. El área de entrada, A2/A1. 10.- Un difusor adiabático se emplea para reducir la velocidad de una corriente de aire de 250 a 40 m/s. las condiciones en la entrada son 0.1MPa y 400°C. Determine el área de salida, en centímetros cuadrados, para un gasto másico de 7 Kg/s y una presión final de 0.12MPa. 11.- En un difusor entra aire a 0.7 bares, 57°C y con una velocidad de 200 m/s. En salida, cuya área es 20% mayor que de la entrada la presión es 1.0 bar. Determine la temperatura de salida en °C y la velocidad de salida en m/s, si a) El proceso adiabático b) El fluido pierde 40 KJ/Kg por transferencia de calor a su paso por el sistema 12.- En un difusor adiabático entra vapor de agua saturado a 110°C con una velocidad de 220 m/s En la salida, la presión y la temperatura son 1.5 bares y 120°C respectivamente. Si el área de salida es 50 cm. Determine a) La velocidad de salida, en m/s b) El gasto másico en Kg/s 13.- Entra agua a 150°F y 1000 psia en una caldera por un tubo de 1.0 in de diámetro interno consume con un gasto másico de 1.674 Ib/s. El agua sale del tubo de la caldera a 800° F con una velocidad de 268.8 ft/s. Determine a) la velocidad en la entrada del tubo, en ft/s, y b) la presión del agua en la salida del tubo, en psia. 14.- Una corriente de 4.40 ib/s de aire a 560°F y 60 psia entra en un ducto de sección transversal circular. a)Determine el diámetro del ducto, en pulgadas, si la velocidad del aire es 150 ft/s. b)Si el aire sale a 420° F y 55 psia a través de un ducto cuyo diámetro es 8.20 in, determine la velocidad de salida, en ft/s. 15.- En un equipo de flujo estacionario entra vapor de agua a 2000 psia y 900°F con una velocidad de 250 ft/s. A su salida, el fluido es un vapor saturado a 20 psia, y el área es 1.1 ft2. Si el gasto másico es 2000 lb/min, determine a) el área de entrada, en pies cuadrados, y b) la velocidad de salida, en f: 16. En una turbina entra vapor de agua a 1000 psia y 1000°F con una velocidad de 210 ft/s y sale con vapor saturado a 2.0 psia. EI tubo de entrada de la turbina

tiene un diámetro de 1.5 ft, mientras que el diámetro de salida es 12 ft. Determine a) el gasto másico, en lb/h, y b) la velocidad de salida, en, ft/s 17.- Aire, inicialmente a 30 psia y 140°F, circula a través de un área de 0.10 ft 2 con un gasto másico de 100 lb/min. Corriente abajo en otra position, la presión es 50 psia, la temperatura es I40°F y la velo-dad es 50 ft/s. Determine a) la velocidad de entrada, en ft/s, y b) el área de salida, en pies cuadrados. 18. - Por un tubo de sección transversal variable circula aire. En la entrada del tubo la presión es 100 psia la temperatura es 80°F, el área es 6.0 in 2 y la velocidad es 175 ft/s. En la salida del tubo las condiciones son 80 psia y 120°F, y el área de la sección transversal es 4.0 in2. Halle a) d gasto másico, en Ib/s, y b) la velocidad de salida, en ft/s. 19.- En una tobera entra vapor de agua a 400 psia y 600°F y sale a 250 psia con una velocidad de 1475 ft/s. EI gasto másico es 18 000 lb/h. Despreciando la velocidad de entrada y suponiendo que el flujo es adiabático, calcule a) la entalpia de salida, en Btu/lb, b) la temperatura de salida, en grados Fahrenheit, y r) d área de salida en la tobera, en pies cuadrados. 20. - A través de una tobera se expande aire desde 25 psia y 200°F hasta 15 psia y y 80ºF. Si la velocidad de entrada es 100 ft/s y la pérdida de calor es 2.0 Btu/lb, halle a) la velocidad de salida, en ft/s, y b) el cociente del área de entada entre el área de salida. 21. - Un difusor adiabático se emplea para reducir la velocidad de una corriente de aire de 780 a 120 ft/s. Las condiciones de entrada son 15 psia y 560°F. Determine el área de salida, en pulgadas cuadradas, si el gasto másico es 15 lb/s y la presión final es 17.7 psia. 22. - En un difusor entra aire a 10 psia y 140°F con una velocidad de 800 ft/s. En la salida, donde el área es 28% mayor que en la entrada, la presión es 13 psia. Determine la temperatura de salida, en grados Fahrenheit, y la velocidad de salida, en ft/s, si a) el proceso es adiabático y b) el fluido pierde 2 Btu/lb por transferencia de calor a su paso por el equipo. 23.- En un difusor adiabático entra vapor de agua saturado a 200°F con una velocidad de 110 ft/s. En la salida, la presión y la temperatura son 14.7 psia y 250° F, respectivamente. Si el área de salida es 8.0 in 2, determine a) la velocidad de salida, en ft/s, y b) el gasto másico, en lb/s. 24. - Una turbina de vapor opera con condiciones de entrada de 1000 psia. 800°F y 300 ft/s, y el flujo pasa a través de un área de 20 in 2. En la salida las condiciones son 500°F, 200 psia y 140 ft/s. La rapidez de pérdida de calor es 17 000 Btu/min. Determine a) el cambio de energía cinética, en Btu/ lb, b) el gasto másico, en

lb/min, c) el trabajo de flecha, en Btu/lb, d) la potencia, en hp y e) el área de salida, en pulgadas cuadradas. 25.- Se reduce la velocidad de una muestra de aire en forma adiabática de 500ft/seg a otra velocidad. Durante el proceso de frenado la temperatura del aire se eleva 10F. Si en el aire la Cp = 0.24Btu/lbF y es constante, determine la velocidad final. 26.- Fluye aire a una temperatura de 300F y una presión de 25psia, con una velocidad de 500ft/seg. Determine su temperatura de estancamiento isotrópica y su presión.

Sistema cerrado 1.- Un recipiente cerrado contiene 8ft3 de aire a 17psia y 125F. Si se suministran 60Btu al aire, determine la presión final. Suponga que Cv= 0.17Btu/lbR5. 2.- ¿Cuánto trabajo se requiere para comprimir de manera isotérmica 1Kg de aire desde 200KPa hasta 2MPa? Suponga que la Cp=1.0061KJ/KgK, Cv =0.7186KJ/KgK y que el aire esta a 20C.(PM =29) 3.- Si se agregan 100KJ a 0.5Kg de aire a volumen constante, y las condiciones iniciales son 30C y 200KPa, y Cv =0.7KJ/KgK, determine la presión final, la temperatura final y el cambio de entropía para este proceso. (PM=29) 4.- Determine el trabajo realizado, el cambio en la energía interna y el calor que se suministra cuando se expande aire, inicialmente a 200psia y 200F, en un cilindro a presión constante de un volumen inicial de 20ft 3 al triple de su volumen inicial. Suponga que Cp = 0.24Btu/lbR y que Cv = 0.171Btu/lbR. 5.- Se expande en forma isotérmica una libra de aire hasta que su volumen final es 50% mayor que su volumen inicial. Si la temperatura del aire es 150F, ¿Cuánto calor se suministró y cuál es el cambio de entropía durante este proceso? 6.- Se suministra calor al aire a temperatura constante desde condiciones iniciales de 80psia y 250F hasta una presión final de 25psia. Determine el calor suministrado y el cambio de entropía por libra de aire para este proceso. (PM =29) 7.- una masa de 5kg de vapor de agua saturado a 300kpa se se calienta a presión constante hasta que la temperatura llega a 200°C, Calcule el trabajo que realiza el sistema durante ese proceso. 8.-E un dispositivo sin fricción que consta de cilindro-embolo contiene 16lbm de vapor de agua, sobrecalentado a 40psia y 600°F el vapor se enfria a presión

constante hasta que se condensa 70% como masa. Determine el trabajo hecho durante este proceso 9.- Una masa de 2.4kg de aire a 150kpa y 12°C está contenida en un dispositivo sin fricción de cilindro-embolo a prueba de fugas. El aire se comprime hasta una presión final de 600kpa y durante el proceso se transfiere calor desde el aire de modo que la temperatura interior del cilindro permanece constante. Calcule la entrada de trabajo durante el proceso 10.- Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 59kg de agua a 250kpa y 25°C el área de succión transversal del embolo es 0.1m2 se transfiere calor al agua, lo cual causa que una parte se evapore y expanda, cuando el volumen llega a 0.2m3, el embolo alcanza un resorte lineal cuya constante de resorte es 100Kn/m. se transfiere más calor al agua hasta que el embolo sube 20cm mas. Determine a) la presión final y la temperatura y b) El trabajo realizado durante este proceso, así mismo, muestre el proceso en un diagrama p-v. 11.-Un recipiente aislado está dividido en dos partes por una separación, una parte del recipiente contiene 25kg de agua líquida comprimida a 60°C y 600KPa mientras que la otra se encuentra al vacio. Se quita la separación y el agua se expande para llenar todo el recipiente. Determine la temperatura final del agua y el volumen del recipiente para una presión final de 10KPa. 12.- En un dispositivo cilindro-embolo contiene al principio 0.5lbm de a gua a 120psia y 2pies3, se transfiere 200 Btu al agua mientras que se mantiene constante la presión. Determine la temperatura final del agua y muestre el proceso en un diagrama t-v con respecto a las líneas de saturación. 13.-Un recipiente rígido contiene 20lbm de aire a 50psia y 80°F el aire se calienta hasta duplicar su presión. Determine a)el volumen del recipiente y b)la cantidad de transferencia de calor . 14.- Un dispositivo aislado que consta de un cilindro-embolo contiene 100L de aire a 400KPa y 25°C Dentro del cilindro se hace girar una rueda de paletas hasta que se realiza sobre el aire 15kj de trabajo mientras se mantiene constante la presión. Determine la temperatura final del aire, ignore la energía almacenada en la rueda de paletas 15.-Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 3pies3 de aire a 60 psia y 150°F. el calor se transfiere al aire en la cantidad de 40 Btu cuando este se expande isotérmicamente. Determine la cantidad de trabajo de frontera hecho durante este proceso 16.- Un dispositivo de cilindro-embolo, cuyo embolo descansa sobre un conjunto de topes, contiene al inicio 3kg de aire a 200KPa y 27°C. la masa del embolo es tal que se requiere una presión de 400KPa para moverlo, entonces, se transfiere

calor al aire hasta que se duplica su transferido al aire durante este proceso, también muestre el proceso en un diagrama p-v 17.- Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 0.5 kg de aire y se transfiere calor a este a presión constante, por lo que su temperatura se incrementa en 5°C. Determine el trabajo de expansión realizado durante este proceso. 18.- Un dispositivo sin fricción que consta de cilindro-embolo contiene inicialmente aire a 200KPa y 0.2m3, en este estado un resorte lineal (f x) toca el embolo pero no ejerce fuerza sobre él. El aire se calienta hasta un estado final de o.5m3 y 800KPa. Determine a) el trabajo total que el aire y b) el trabajo hecho sobre el resorte, también muestre el proceso en un diagrama p-v 19.- Una tonelada de agua líquida (1000kg) a 80°C que inicialmente esta a 22°C Y 100Kpa, se lleva a un espacio bien sellado y aislado de 4mx5mx6m. Suponiendo calores específicos constantes para el aire y el agua a temperatura ambiente, determine la fuerza de equilibrio final en la habitación 20.- Una rueda de paletas, movida por un motor de 240W, se emplea para agitar agua líquida en un depósito cerrado y rígido que se mantiene a 1bar. La temperatura inicial es 20°C. Determínese el aumento de temperatura del contenido del depósito después de 0.8 hrs, si la masa de agua es 6kg y la masa y la capacidad térmica especifica de la rueda de paletas son 0.4kg y 0.96 KJ/kg°C, respectivamente. 21.-Un dispositivo aislado que consta de un cilindro embolo contiene al principio 0.01m3 de una mezcla saturada de liquido y vapor con una calidad de 0.2 a 120ºC después se agrega al cilindro un poco de hielo a 0ºC si el cilindro contiene liquido saturado a 120ºC cuando se establece el equilibrio térmico, determine la cantidad de hielo añadido. La temperatura de fusión y el calor de fusión del hielo a presión atmosférica son 0ºC y 337.7 kJ/Kg respectivamente. 22.- Un recipiente rígido que contiene 0.4m3 de aire a 400KPa y 30ºC está conectado por medio de una válvula a un dispositivo de cilindro embolo con espacio libre cero. La masa del embolo es tal que se requiere una presión de 200 KPa para elevarlo se abre un poco la válvula y se permite que el aire fluya en un cilindro hasta que la presión en el recipiente disminuye hasta 200KPa. Durante este proceso se intercambia calor con los alrededores de manera que el aire permanece todo el tiempo a 30ºC. Determine la transferencia de calor para este proceso.