PROBLEMARIO UNIDAD 1

1. En 1916 Nusselt dedujo una relación teórica para predecir el coeficiente de transferencia de calor entre un vapor saturado puro y una superficie más fría: 3

2

k   h = 0.943 L µ T

Donde: h = coeficiente medio de transferencia de calor, Btu h -1 -1 -1 k = conductividad térmica, Btu h ft °F .

-1

2

-1

ft °F .

3

 = densidad, lb/ft . 8 -2 g = aceleración debida a la gravedad, 4.17*10 ft h . -1

 = cambio de entalpia, Btu lb . L = longitud del tubo, ft. -1 -1 µ = viscosidad, viscosidad, lb m h ft . T = diferencia de temperatura, °F. ¿Qué unidades tiene la constante 0.943?

3

-1

2

k     L µ  µ  T

=

3

-1 2

3 2

-2

-3

-3

-3

2

-6

-2

=

BTU h ft °F lbm ft fth -1 -1 ft lbm h ft °F

=

ft BTU h lbm °F h lbm °F

-8

-1

-1

2

4

-5

-3

4

-8

-1

-4

-4

6

-3

3

-1

BTUlbm

4

-4

-4

= Ft BTU h °F

h [=] BTU h ft °F -8

-1

(BTU h ft °F ) (lbm /ft ) (ft h ) (BTU lbm ) -1 -1 (ft) (lbm h ft )( °F)

3

h [=] (ft BTU h °F ) * (ft BTU h °F ) Por lo tanto las unidades de la constante 0.943 son:

2

ft h °F BTU

3

2. La ecuación para la velocidad de una corriente de un fluido medida en un tubo de Pitot es: V=

 

Donde: v = velocidad p = caída de presión  = densidad del fluido ¿La ecuación es dimensionalmente consistente? Explique su respuesta. Si la caída de 3 presión es de 15 mm de Hg y la densidad del fluido es de 1.20 g/cm , calcule la velocidad en ft/s.

Utilizando el sistema MLT: V =

   

           :

=

=

=

no es dimensionalmente consistente y se está demostrando con este sistema.

1.20 g/cm

3

1 kg 1000g

1000000 cm 3 1m

3

= 1200 kg/cm

3

5

1 atm ------- 760 mm Hg 1 atm -------- 1.0132 * 10 Pa 1 Pa – 0.0000102 Kg / cm x -----------15 mm Hg 0.01973 atm ------------ x 19999.0436 Pa ------ x 2 x = 0.01973 atm x = 1999.0436 Pa x = 0.0203 Kg / cm 0.0203 Kg / cm

V=

 

;v=

2

2

1000 cm 2 = 203 Kg / m 2 1m

      

;v= 2

V=

 

V = 5.9762 ft/s

√      

1 m ---- 10.764 ft 2 2 3.3181 m  /s --------x 2 x = 35.7160 ft

;v=

2

v=

  

2

3. El peso específico relativo del ácido acético es 1.049. ¿Cuál es su densidad en 3 lb/ft ?



D.R. =1.049 3 ref  = 62.43 lbm /ft 3 =? lb/ft

D.R. =





3

ref + D.R = 62.43 lbm /ft ) (1.049) =



3

= 65.49 lbm /ft

4. Usted debe decidir que tamaño de recipientes usara para transportar 1000 lb de aceite de semilla de algodón con un peso específico relativo de 0.926. ¿Cuál sería el tamaño mínimo de los tambores, expresados en galones?

=



v=

    =

= 1178.96

 = ref * rel  = (0.916)(0.926) 3  = 0.8482 grcm 1178.96 lb 3 gr cm

453.597 gr 1 lb

1 g ------------- 3785.4 cm 3 x -----------------1 cm

x = 0.00026 galones

3

= 534772.71 cm

3

 

5. La densidad de cierta disolución es de 8.80 lb/gal a 80°F. ¿Cuántos pies cúbicos ocuparán 10.010 lb de esta disolución a 80°F?

 = m/v ….. v = m/  v=

     

1.1375 gal

= 1.1375 gal 3785.4 cm 1 gal

3

3

1 ft 3 3 = 0.1520 ft 28316.8 cm

6. Convierta las siguientes temperaturas a las unidades indicadas: a) 10 °C a °F °F = 1.8 °C + 32 °F = 1.8 (10) +32 °F = 50 b) 10 °C a °R °C  °F °R = °F + 459.67 °R = 50 + 459.67 °R = 509.67 c) -25 °F a K °C = °C =

      

°C = -31.66 K = °C + 273.15 K = -31.66 + 273.15 K = 241.49 d) 150 K a °R 1K = 1.8 °R °R = 1.8K °R = 270

7. Los edificios con techo plano son comunes en los climas secos debido a la economía en los materiales de construcción. Sin embrago, durante la estación lluviosa es posible que el agua se encharque en las azoteas, de modo que durante la construcción se deben tener en cuenta las implicaciones estructurales del peso adicional. Si se acumulan 25 cm de agua en un área de 10 m por 10 m durante una tormenta, determine: a) El peso total adicional que debe soportar el edificio. b) La presión del agua sobre el techo en psi. (A) Peso = m.a ó peso = m.a/ gc 3

MasaH2O = V

3

masa= ( 25 m ) (1000 kg m ) = 25000 kg

 = D.R* ref   = (1) (1000) = 1000 3 V = (10m) (10m) (0.25 m) = 25 m 2

2

Peso = (25000 kg) (9.81 m/s ) = 245250 kg m/s = 245250 N (B) P= peso / área normal = 2452.5 Pa

   

1 atm 101325 Pa

= 2452.5 Pa 2

14.69 lb /in f  1 atm

2

= 0.35 lb /in f 

= 0.35 Psi

8. Un manómetro emplea queroseno, p.e.r. 0.82, como fluido. ¿A cuántos milímetros de mercurio equivale una lectura de 5 in de este manómetro?

5 in Hg

1 atm 29.92 in Hg

= 0.1671 atm

0.1671

760 mm Hg 1 atm

= 126.996 mm Hg

9. El manómetro del condensador de vapor de una turbina indica 26.2 in Hg de vacío. La lectura del barómetro es de 30.4 in Hg. ¿Qué presión hay en el condensador, en psia? Pman = -26.2 in Hg Pbar = 30.4 in Hg Pabs = Pbar + Pman Pabs = 30.4 in Hg – 26.2 in Hg = 4.2 in Hg 4.2 in Hg

1 atm 29.92 in Hg

2

Pabs = 2.062 lb f  / in

2

14.69 lb /in f  1 atm

=

3

10. Por la tubería fluye aceite (densidad = 0.91 g/cm ), y la velocidad de flujo se mide 3 con un manómetro de mercurio (densidad = 13.546 g/cm ). Si la diferencia de altura entre las dos ramas del manómetro es de 0.78 in, ¿Cuál es la diferencia de presión correspondiente entre los puntos A y B, en mm Hg? ¿En qué punto A ó B , es mayor la presión? La temperatura es de 60°F. Pman = gh 3

2

= (910 kg/m ) (9.81 m/s ) (0.019812 m) = 176.8637 Pa 3

2

= (13546 kg/m ) (9.81 m/s ) (0.019812m) = 2632.7425 Pa

5

1 atm ----------------- 1.0132 x 10 Pa x ---------------------2455.8788 Pa x = 0.024238 atm

1 atm --------------760 mm Hg 0.024238 atm ----------------x x = 18.42 mm Hg

11. El barómetro indica 740 mm Hg. Calcule la presión dentro del tanque en psia. h = 20 in Hg Pbar = 740 mm Hg Pman = 20 in Hg 20 in Hg

25.4 mm 1 in

= 50 mm Hg

Pabs como psia. Pabs = Pbar + Pman = 740 mm Hg + 508 mm Hg = 1248 mm Hg 1248 mm Hg

P = 24.12 psia.

1 atm 760 mm Hg

2

14.9 lb /in f  1 atm

12. Un medidor de vacío conectado a un tanque marca 315 KPa. ¿Cuál es la presión absoluta correspondiente si el barómetro indica 98.2 KPa? Pbar = 98.2 Kpa Pman = -315 Kpa Pabs = Pbar + Pman = 98.2 Kpa + (-315 KPa) = Pabs = -216.8 KPa

S.E.P.

S.E.S.

D.G.E.S.T.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA DEPTO. DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA

TERMODINAMICA

PROBLEMARIO UNIDAD I

MAESTRO: DR. JAVIER GERSON ZAPIAIN SALINAS

 ALUMNA: GUADALUPE ARROYO GARCIA

FECHA: LUNES 26 DE SEPTIEMBRE DEL 2011