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Actividad #3 “Ejercicios resueltos de sustancias puras”

Nombre: Joel Alberto Reza Ramírez

Matricula: 1752511

Carrera: IMA

Unidad de Aprendizaje: Termodinámica Básica

Docente: Ing. Héctor González Flores

Salón: 9301

Grupo: 307

Día y Hora: Lunes, Miércoles, Viernes (N2)

Semestre: Agosto-Diciembre

Fecha de Entrega: 25-Septiembre-2019

1. Un globo esférico de 9 m de diámetro se llena con helio a 27 °C y 200 kipá. Determine la cantidad de moles y la masa del helio del globo. Datos. Diámetro: 9 mts. Temperatura: 27 ˚c. Presión: 200 kpa.

v=4/3(3.1416) (r^3) N= (p) (v) / (r) (t) Masa= (N) (M).

V=4/3(3.1416)(4.5^3) V= 381.70m3 a) N= (200kpa) (381.70m3) / (8.314kpa*m3/kmol*k)(300.15k) = 30.59 kmol. b) Masa=(30.59kmol)(4.003kg/kmol)= 122.4kg

2 - Determine el volumen específico del vapor de agua sobrecalentado a 15 Mpa y 350 °C, mediante a) la ecuación del gas ideal, b) la carta de compresibilidad generalizada y c) las tablas de vapor. Determine también el error cometido en los dos primeros casos.

Datos. Presión: 15Mpa Temperatura: 350˚c.

a) Formula del gas ideal. Ѵ= RT/ P Ѵ = (0.4615 Kp *M3/Kg)(623.15k) / 15,000 kpa Ѵ = 0.01917 m3/kg %error (0.01917 – 0.011481) ∕ 0.011481 X 100 %Error: 66.97 %

b) Carta de comprensibilidad generalizada. Pr= 15Mpa / 22.06= 0.68 Tcr=623.15 / 647.1 k = 0.96 Z= 0.72 Ѵ = (0.72) (0.01917 m3/kg) = 0.0138 m3/kg %Error = (0.0138 – 0.01917) / -0.01917 X 100 %error = 28 %.

3- Calcule el cambio de entalpía del oxígeno Δh, en Btu/lbm, cuando se calienta de 800 a 1500 R, usando a) la ecuación empírica de calor específico en función de la temperatura (tabla A-2Ec), b) el valor de cp a a temperatura promedio (tabla A2Eb) y c) el valor de cp a la temperatura ambiente (tabla A-2Ea). Datos. Tr1 = 800 Tr2= 1500

a)

1

1

1

Cp(T2-T1)= a(T2-T1)+ 2 (T2^2-T1^2)+ 3 (T2^3-T1^3)+4(T2^4-T1^4) 1

1

=6.085(1,500-800) + 2(0.2017X10^-2) (1,500^2-800^2) + 3(0.05275x10^3) (1,500^3-800^3) + ¼ (0.053723x10^-9) (1,500^4-800^4) ∆ℎ

5442.3

ΔH= 𝑀 Δh= b)

31.99

= 170 BTU/lbm.

Se trabajó con la tabla A-2Eb Δh=cp(T2-T1) = (0.242 Btu/lbm) (1,500-800) Δh= 169.4 btu/lbm

c)

Se utiliza la constante de Cp de la tabla A-2Ea Δh=Cp (T2-T1) = (0.219 Btu/lbm) (1,500 – 800) ΔH=153 btu/lbm

Problemas de la 2da Ley de termodinámica. 1-Un refrigerador doméstico con un COP de 1.2 quita calor del espacio refrigerado a una tasa de 60 kJ/min. Determine a) la potencia eléctrica que consume el refrigerador y b) la tasa de transferencia de calor del aire de la cocina. Datos. 𝑄𝐿

Cop= 1.2

Cop= 𝑊𝑒𝑛𝑡 = 1.2

QL= 60. 60

a) Went: 1.2= 50 kj/min b) Qh= Wneto + QL 𝐾𝐽

50+60 = 110 𝑀𝐼𝑁 2- Una máquina térmica trabaja en un ciclo de Carnot y tiene una eficiencia térmica de 75 %. El calor de desecho de esta máquina se rechaza hacia un lago cercano A 60 °F, a razón Btu/min. Determine a) la producción de potencia de la máquina y b) la temperatura de la fuente. Datos: Ի= 75% TL= 60˚ F QL= 800 𝑄𝐿

Ի= 1- 𝑄𝐻= 1.2 a) QH=

b) (

𝐐𝐋 ի−1

=

800 1−0.75

QH= 3,200 Wp= ի x Qh 1 ℎ𝑝 42.407

𝑄𝐿

)=(

𝑇𝐻 𝑇𝐿

)

𝑄𝐻

TH= ( 𝑄𝐿 ) TL= (

3,200 𝑏𝑡𝑢/𝑚𝑖𝑛 800 𝑏𝑡𝑢/𝑚𝑖𝑛

TL= 2,080 R.

W= (75) (3,200) = 2,400 BTU/ MIN 2,400(

𝑄𝐻

) = 56.59 hp

)(520 R) =

3-Una bomba térmica opera en un ciclo de bomba térmica de Carnot con un COP de 8.7. Conserva un espacio a 26 °C consumiendo a 4.25 kW de potencia. Determine la temperatura del depósito del cual se absorbe el calor y la carga de calentamiento que suministra la bomba térmica Datos Cop = 8.7 TH= 26˚c Wneto= 4.25 kW 26+273.15= 299 k 𝑇𝐻

a) Cop max = 𝑇𝐻−𝑇𝐿 – 8.7 299

TL= 8.7−299 = - 269.63K b) Cop=

𝑄𝐻 𝑊

(COP)(4.25)= (8.7) (4.25) = 37.00kw QH= 37.00KW