PARCIALES TERMODINÁMICA 1

PARCIALES TERMODINÁMICA 1

PARCIAL PARCIAL 1

1. Un recipi recipient ente e con nitróg nitrógen eno o líqu líquido ido a 500 500 kPa kPa tiene tiene un área área de secci sección ón 2 transversal de 0.6 m . A causa de la transerencia de calor! parte del líquido se evapora! " en #ora " media el nivel del líquido $a%a &0 mm. 'l vapor que sale del recipiente pasa a trav(s de un calentador el(ctrico " sale a 500 kPa " 2)0 *. +alcular el gasto de nitrógeno gaseoso que sale del calentador. (Van Wylen 2 ed – 3.42) 2. Un tanque tanque rígido rígido está unido unido a una una $om$a de de láte, elástica elástica a trav(s trav(s de una o válvula. Am$os contienen nitrógeno a una temperatura de 20 +. 'l volumen del tanque rígido es de &0 - " la presión inicial es de .2 kg/cm 2. 'l diámetro inicial de la $om$a elástica es de &0 cm " la presión interna en ella es de 1.) kg/cm 2. e a$re la válvula " se de%a a$ierta. i la presión de la $om$a es proporcional a su diámetro " su volumen es proporcional al cu$o del del mism mismo! o! " la temp tempera eratu tura ra perma permane nece ce const constan ante te 20o+! +! calc calcul ular ar la presión inal del sistema " el volumen inal de la $om$a elástica. . Un sistema sistema cilindro cilindro (m$olo (m$olo sin ricción ricción contie contiene ne agua. -a masa masa del agua agua en estado líquido es de 0.&5& kg " el área del pistón es de 0.1)6 m 2. 'n el estado inicial! el agua está a 110 o+ con una calidad del 304! " un resorte toca simplemente el (m$olo sin e%ercer ninguna uera so$re (l. e calienta el agua " el (m$olo empiea a su$ir. urante este proceso! la uera resistente del resorte es proporcional a la distancia recorrida! " la constante de la uera es de 7&.56 kg/m. +alcular la presión en el cilindro cuando la temperatura sea de 160 o+.

&. Un cilindro cilindro que que contiene contiene amoniaco amoniaco está está provisto provisto de un pistón pistón su%eto su%eto por una uera e,terna que es proporcional al cuadrado del volumen del cilindro. -as condiciones iniciales son de 10 o+ " una calidad del 304 " un volumen de 5 -. Una válvula que une una línea de amoniaco al tanque se a$re " entra más amoniaco! #asta que se duplica la masa en el cilindro. i en este punto la presión es de 1.2 8Pa! 9+uál es la temperatura inal en el cilindro: (Van Wylen 2 ed – 3.41)

5. Usando actores de compresi$ilidad! encuentre la presión inal necesaria para comprimir 00 - de aire a 7 o+ " 1 $ar! #asta 1 - " ;115 o+. +ompare el resultado asumiendo gas ideal! " d( una e,plicación lógica al resultado. 6. os li$ras de agua se encuentran en la región de saturación inicialmente a una presión de 100 l$/in 2 " están depositados en uno de los lados de un recipiente rígido " aislado que contiene un ta$ique separador. 'l otro lado del recipiente tiene un volumen de 7 t  " está inicialmente vacío. 'l ta$ique separador es removido " el agua se e,pande #asta llenar todo el recipiente. -a presión inal en el equili$rio es de &0 l$/in 2. +alcular la calidad inicial de la mecla " el volumen total del recipiente. Asuma <'k =0! <'p=0 "
7.

Z = 1+

( )( P R

14 T  R

1−

6 T  R

2

)( +

1 8

−

27 64 T  R

)( )  P R T  R

+alcular >emperatura ?o"le del @;1&a

PARCIAL 2

1. Un intercam$iador de calor de tu$os conc(ntricos " paredes delgadas tra$a%a en contracorriente! se usa para enriar aceite +p = 2.20 k/*g B+ de 150 B+ a &0 B+ a una tasa de 2 kg/s con agua que entra a 22 B+ a una velocidad másica de 1.5 kg/s. etermine la tasa de transerencia de calor  por el intercam$iador " la temperatura de salida del agua. 2. Un tanque $ien aislado! contiene 100 kg de agua líquida a 0 B+. Al tanque le entra " le sale igual cantidad de lu%o másico. Agua líquida entra al tanque a 60 B+ a raón de 200kg/#. 'l agua en el tanque se mantiene #omog(nea " el proceso es iso$árico. -os cam$ios de energía cin(tica " potencial son desprecia$les. a Craicar la variación de la temperatura del agua con el tiempo $ 9'n cuánto tiempo se logra el equili$rio t(rmico: . Un tanque A " un cilindro ? están conectados por una línea " una válvula inicialmente cerrada. 'l tanque A tiene un volumen de 10 t  " tiene inicialmente aire a 100 psi " 100 BD. 'l cilindro ? tiene un (m$olo sin ricción que descansa en el ondo! " en esa posición el resorte está completamente estirado. 'l (m$olo tiene una sección de área transversal de 100 in 2 " una masa de 100 l$ " una *s de 100 l$/in. -a presión atmos(rica es de 1&.7

l$/in2. -a válvula se a$re " el aire entra al cilindro #asta igualar las presiones de A " ?! " allí se cierra de nuevo la válvula. >odo ocurre adia$áticamente. -a uera del resorte es proporcional al desplaamiento. +alcularE a Presión inal del sistema $ >emperatura inal del cilindro ? FotaE el aire se comporta idealmente " en el tanque A el proceso es politrópico con *=1.& &. e llenará parcialmente con Ge un glo$o a presión atmos(rica a partir de un tanque de almacenamiento $ien aislado " rígido que tiene un volumen de 6.20 m. 'n el momento de llenar el glo$o! la presión atmos(rica es de 35 kPa. 'n un principio el Ge en el tanque está a una presión manom(trica de 500 kPa " a 20 B+ antes que se a$ra la válvula del tanque. uponiendo que el proceso se realia en cuasiequili$rio o sea que las condiciones son uniormes en el tanque en cualquier instante! " que la transerencia de calor  es desprecia$le! determine la masa de Ge que se introduce al glo$o! cuando la lectura de la presión manom(trica del tanque de almacenamiento es de 00 kPa. Para el Ge en estas condiciones se cumple que #=1.66! u=5.13>! donde # " u se e,presan en k/kg " > en *. 5. Un tanque rígido tiene un volumen de 0.35 m  " contiene una mecla de líquido vapor a 250 B+ " una calidad del )04. Hapor de agua saturado a 250 B+ es lentamente e,traído a trav(s de una válvula reguladora por la parte superior del tanque! se le administra energía al tanque por calor para que la presión permaneca constante dentro del tanque. 'sto continIa #asta que el tanque está lleno de vapor saturado a 250 B+. etermine el calor transerido al tanque. esprecie los eectos de energía cin(tica " potencial. 6. Un tanque de 5 t  contiene vapor a 1&.7 psi! 14 de calidad " tiene una válvula de seguridad. e transmite calor al tanque de una gran uente a 500 BD. +uando la presión del tanque alcana 00 psi opera la válvula de seguridad " vapor saturado de 00 psi sale a trav(s de la válvula de seguridad " vapor saturado de 00 psi sale a trav(s de la válvula " se descarga a presión atmos(rica. 'l proceso continIa #asta que la calidad dentro del tanque es del 304. +alcularE a -a masa descargada del tanque $ +alor transerido por el sistema durante el proceso.

7. Una corriente de agua que está a 15 B+ se de$e calentar #asta )5 B+ mediante un proceso estacionario. 'l intercam$iador de calor se encuentra a 65 m del nivel de la $om$a. 'l conducto de entrada de la $om$a tiene un diámetro de 10 cm " el de saluda de 5 cm. 'l caudal de agua es de 15 -/s " la potencia de la $om$a es de 1.6 kJ. 'l proceso de transportar el agua #asta el intercam$iador se puede considerar isot(rmico " adia$ático. 'n el intercam$iador de tu$os " carcasa de usa vapor de agua a 2000 kPa " &00 B+. 'l agua ría llega a 50 kPa. 'l vapor entra con una velocidad de 2 m/s " lu"e por dentro de los tu$os! los cuales tienen una sección transversal de 0.15 m2. -as caídas de presión en el intercam$iador se pueden despreciar. -a gravedad tiene un valor de 3.7 m/s2! " la densidad del agua es 1 g/cm . +alcularE a Presión de entrada a la $om$a $ 'stado del luido que sale del interior de los tu$os ). Un tanque $ien aislado contiene 25 kg de @;1&a inicialmente a 00 kPa " con una calidad del )04. -a presión es mantenida por nitrógeno gaseoso actuando contra una $olsa le,i$le. -a válvula que está entre el tanque " la línea de suministro que lleva @;1&a a una presión de 1 8Pa " 120 B+ es a$ierta. -a válvula reguladora de presión permite que la presión en el tanque permaneca a 00 kPa cuando la $olsa se e,pande. -a válvula entre la línea " el tanque es cerrada en el instante que todo el líquido está vaporiado. +alcular la cantidad de @;1&a admitido en el tanque! en kg. 3. 'tileno se #ace pasar a trav(s de una restricción tu$o de área varia$le a una velocidad de 5.) l$mol/#ora de 1&. PKA " 125 oD #asta 70 PKA. i la velocidad de entrada es de &0 t/s " la de salida es de )0 t/s! calcular las áreas de sección transversal a la entrada " a la salida del tu$o. Asuma que el actor de compresi$ilidad para este sistema es constante " es de 1.1. 10.Una caldera tiene un volumen de 0.5 m ! de los cuales el 704 está ocupado por la parte líquida a una presión de 1.1 atm. e enciende la caldera " se le transmite calor al agua " al vapor. -as válvulas de entrada " salida de la caldera permanecen cerradas. Una válvula de seguridad colocada en la parte superior de la caldera se a$re cuando la presión es de 200 psi. 'l calor transmitido a la caldera es de )0 ?tu/#. 9'n cuánto tiempo alcanará esta presión: Asuma que L=
11. Un cilindro aislado dotado con un pistón contiene Dreon 12 @12 a )0 o+ " está en la región de saturación. A estas condiciones su entalpía es de 73.& ?tu/l$m. 'l volumen en estas condiciones es de 1 t . 'l pistón se mueve " el Dreon se e,pande #asta que está todo como vapor saturado. urante el proceso! el tra$a%o que le entra al sistema es de .3 ?tu. +alcular la temperatura inal. Asuma que u=#;Pʋ! <'k =0! <'p=0 " que el tra$a%o que le entra al sistema sólo ocasiona cam$ios en la energía interna del sistema.

PARCIAL 3 1. Un recipiente $ien aislado de 2 m  contiene vapor de agua saturado a & 8Pa. Una válvula colocada en la parte superior del tanque se a$re " permite que escape vapor. iempre sale vapor saturado. +alcular la entropía generada en este proceso cuando la presión inal en el recipiente es de 1 8Pa. 2. Una tur$ina suministra 150 *M " se le introduce vapor a 700 o+ " 2 8Pa. -a corriente que sale pasa por un tu$o conc(ntrico rerigerado donde la presión es de 10 kPa " sale como líquido saturado. -a eiciencia de la tur$ina isoentrópica es del ))4. 'ncontrar el tra$a%o especíico real de la tur$ina! la entropía generada en la tur$ina " la entropía generada en el tu$o. . e acuerdo a los datos de un ensa"o! un nuevo tipo de máquina de ingeniería es capa de tomar una corriente de agua a &00 oD " &0 l$/in 2 " otra de 200oD " &0 l$/in 2. 'l lu%o másico de la corriente de ma"or  temperatura es el do$le de la otra. Una corriente sale de la máquina a &0 l$/in2 con un lu%o másico de 30 l$m/min. 'l ensa"o se realió adia$áticamente " <' k " <' p N 0. +alcular la má,ima velocidad de potencia que puede desarrollar en G.P. &. ?olas de acero al car$ono O=7) kg/ m ! +p = 0.&65 k/kg o+ de ) mm de diámetro son procesadas calentándolas primero a 300 o+ en un #orno rotatorio " luego enriándolas lentamente #asta 100  o+ al am$iente que está a 5 o+. i 2500 $olas se procesan en una #ora! calcularE a -a tasa de transerencia de calor de las $olas al aire! $ -a tasa de generación de entropía de$ido a las p(rdidas de calor de las $olas con el aire.

5. Un tu$o cilíndrico de 5 pulgadas de diámetro contiene un (m$olo de 100 l$ sostenido por una clavi%a. Un resorte toca inicialmente el (m$olo sin e%ercer  presión. -a constante del resorte es 10 l$/in " el sistema es cerrado " adia$ático. e$a%o del (m$olo #a" agua a 700 psi " )00 oD que ocupa un volumen de 0.5 t . e quita la clavi%a " la masa se acelera #acia arri$a " sale por el e,tremo superior del tu$o a cierta velocidad. +alcularE a -a velocidad de salida! $ -a entropía generada en el sistema. F>AE AU8A LU' F GAQ >A?-A ' 'F'@CRA KF>'@FA.

. Un depósito rígido de 1 m  contiene FG a 200 kPa " una temperatura de 20 o +. 'l depósito está conectado por medio de una válvula a una tu$ería por  la que lu"e FG  líquido saturado a ;10 o+. -a válvula se a$re " el depósito se carga rápidamente #asta que el lu%o se detiene " se cierra la válvula; +omo el proceso sucede con muc#a rapide! no #a" transerencia de calor. +alcular la entropía generada en este proceso. (E!e"#l$ 1%.4 &'nda"enal $* T+e,"$dyna"- /+ ed) 7. Un depósito rígido de 1 m  contiene amoniaco a una temperatura de 20 B+. 'l depósito está conectado por medio de una válvula a una tu$ería por  donde lu"e amoniaco líquido saturado a ;10 B+. -a válvula se a$re " el depósito se carga rápidamente #asta que se iguala la presión de la línea " la del depósito. +omo el proceso ocurre de orma tan rápida no #a" transerencia de calor. +alcular la entropía generada. F>AE -A P@'KSF DKFA- 'F '- 'PSK> ' KCUA-AA A -A P@'KSF ' -A -RF'A. ). Un sistema t(rmico es sometido a un ciclo mientras reci$e energía por  transerencia de calor de un tanque con agua líquida inicialmente a 200  oD " elimina energía por transerencia de calor a los alrededores que están a 60oD. +alcular el valor mínimo teórico de volumen de agua en el tanque en galones para que el ciclo produca un tra$a%o igual a 1.5,10 5 ?tu. 3. Un lec#o rocoso está ormado por 600 kg de granito " se encuentra a 70 o+. Una pequeTa casa con una masa de 12.000 kg de madera " 1.000 kg de acero está a 15 o+. Am$os se llevan a una temperatura inal uniorme sin que #a"a transerencia de calor e,terno. 0.3 &'nda"en$ de Te,"$d-n"-a Van Wylen 2 ed e#a$l – 1%.4 &'nda"enal $*  T+e,"$dyna"- Van Wylen /+ ed -nle)

a +alcular la temperatura inal " el tra$a%o que se realia en el proceso! si (ste se considera reversi$le. $ eterminar la temperatura inal " la entropía generada en el proceso! si el lec#o rocoso " la casa se conectan t(rmicamente por medio de agua que circula entre ellos! suponiendo que el entorno está a 15  o+. 10.  '%ercicio

espaTol.

).) Avanados Dundamentos de >ermodinámica Han J"len 2 ed