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• Steven Espinal Mera

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE SEDE LATACUNGA

TERMODINÁMICA QUÍMICA

DEBER #5

ESPINAL MERA STEVEN

PERIODO ACADÉMICO MAYO 2020 – SEPTIEMBRE 2020

1. Un ventilador recibe aire a 70 mbar, 20°C y 3 m/s y lo descarga a 1,012 mbar, 21,6 °C y 18m/s. si la corriente es adiabática y entran 50 m3/min, determínese la potencia suministrada en kilovatios.

2. Por un cambiador de calor circulan 10 kg/s de refrigerante 134a a 10 bar y 38°C y salen a 9 bar y 80°C. intercambian calor con una corriente de vapor de agua que entra a 1 bar y 200°C. a. Si el vapor de agua sale del cambiador de calor como vapor saturado a 1 bar, determínese el flujo masico en kg/s. b. Considerando el mismo cambio de estado, el flujo de refrigerante se limita a 5 kg/s. Si el flujo masico de vapor sigue siendo el mismo, determínese la temperatura de salida del vapor en °C.

3. Se condensa vapor de agua en el exterior de un cambiador de calor de tubos en cuyo interior circula aire. El aire entra a 1,20 bar, 20°C y 10 m/s y sale a 80°C. El flujo masico de vapor es 5 kg/min, entra a 3 bar y 200°C y sale como liquido saturado. Calcúlese (a) el flujo masico de aire necesario en kg/min, y (b) el área del conducto de la corriente de aire en metros cuadrados.

4. A una cámara de mezcla entra agua de dos fuentes. Una fuente suministra un flujo masico de 2000kg/h de vapor de 90% de calidad. La segunda fase suministra 2790 kg/h de vapor a 280°C. El proceso de mezcla es adiabático y se realiza a una presión constante de 10 bar, siendo la velocidad de salida 8,9 m/s. Determínese (a) la temperatura de salida en °C, y (b) el diámetro del conducto de salida en cm.

5. Se hace pasar por un dispositivo de estrangulamiento nitrógeno desde (a) liquido saturado a 20 bar hasta una presión de 4 bar, y (b) 100 bar y 200 K hasta una presión de 5 bar. Determínese en el estado final la temperatura en K y el volumen especifico en L/kg.

6. En un sistema de tuberías entra agua a 25°C y 7 m/s. En una posición aguas abajo las condiciones son 0,20 MPa, 25°C y 12 m/s y la altura es 10 m superior a la de la entrada. La gravedad local es 9,6 m/s2, y el fluido pierde una cantidad de calor de 0,010 kJ/kg. Si el flujo volumétrico a la entrada es 10 m3/min, determínese (a) la presión de entrada en MPa, y (b) el diámetro del conducto de entrada en centímetros.

7. Un depósito rígido está conectado a una línea presurizada por la que circula continuamente vapor de agua a 1 MPa y 280°C. Inicialmente la válvula que conecta la línea y el depósito está cerrada, y este contiene 0,20 kg de vapor de agua a 300 kPa y 160°C. Se abre la válvula y entra lentamente vapor en el depósito hasta que el vapor del depósito se encuentra a 500 kPa y 200°C. En ese instante, determínese (a) la masa que ha entrado al depósito, en kilogramos, y (b) el calor transferido desde o hacia el depósito durante el proceso, en kJ.

8. Un depósito cilindro-embolo contiene inicialmente 0,1 kg de vapor de agua saturado a 10 bar. A través de una válvula inicialmente cerrada el cilindro se conecta a una línea por la que circula vapor de agua a 20 bar y 500°C. En un proceso a presión constante, que se mantiene por el peso del embolo, entra vapor al cilindro hasta que su contenido alcanza 300°C, simultáneamente se pierde, a través de las paredes del cilindro, una cantidad de calor de 90kJ. determínese la cantidad de masa que entra al cilindro en kilogramos.

9. El vapor de agua de origen geotérmico se considera como una fuente de energía para generar potencia en un sitio alejado. El vapor entra a 2 bar y con una calidad del 65%, y condensa a liquido saturado antes de salir del motor térmico. Como fuente fría se utiliza agua subterránea a 15°C y el motor térmico genera 3,70 kW. Si el gasto masico de vapor de agua es 50 kg/h, determínese: a. El flujo de calor extraído del vapor en kJ/h. b. El flujo de calor cedido al depósito frio en kJ/h. c. El rendimiento térmico.

10. Un frigorífico domestico pequeño se utiliza para enfriar 20 L de agua que inicialmente se encuentra a 22°C. El COP de la unidad es 2,40 y la potencia consumida es 360 W. Obténgase el tiempo requerido en minutos (a) si la temperatura final del agua es 10°C, y (b) si el estado final es hielo a 0°C. (adviértase que se requieren 333,4 kJ/kg para congelar el agua a 0°C).

11. Una unidad de acondicionamiento de aire mantiene una casa a 22°C. el calor generado en la casa por el alumbrado, los aparatos y las personas es 6000kJ/h, y el calor que entra del ambiente a través de la estructura asciende a 18000kJ/h. Si el acondicionador de aire tiene un COP de 3,2 (a) obténgase la potencia que es necesario suministrar en kW. (b) si la electricidad cuesta 9,8 centavos/kW. h y la unidad funciona durante medio día, calcúlese el coste diario de funcionamiento.

12. Una casa hay que mantenerla a una temperatura de 20°C por medio de una bomba de calor que extrae calor del ambiente que esta a -10°C. El flujo de calor Q a través de las paredes de la casa se estima que es (0,65 kW/K) *ΔT, donde ΔT es la diferencia de temperaturas entre el interior de la casa y el ambiente. Si el COP real de la bomba de calor es 3,10 y la electricidad cuesta 10 centavos/kW. h, determínese: a. El coste en dólares de 1h de funcionamiento continuo. b. El flujo de calor suministrado desde el ambiente en kJ/min.