Termodinámica 3-29E Complete esta tabla para el refrigerante 134ª:
T, °F 15 10 110
P, psia 80
h, BTU/lbm 78
x
Descripción de Fase
0,6 70 180
129,46 1
3-30 Un dispositivo de cilindro embolo contiene 0.85kg de regriger ante13a, a -10°C. El embolo
tiene el movimiento libre y su masa es 12kg con diámetro de 25cm. La presión atmosférica local es de 88kPa. Se transfiere calor al refrigerante 13ª hasta que la temperatura es de 15°C Determinar:
3-31E Refrigerante 134a, cuyo volumen especifico es
¿Cuál es la temperatura en el tubo?
0,4610 , fluye por un tubo de 120psia.
=0,4610 , = 120 → = 0,46190 → = 140 ℉ = 0,43692 → = 120 ℉ 0,05927→20 0,0001→ =0,0001185 =139,99℉ 3-32 Un kilogramo de agua llena un depósito de 15 L a una presión inicial de 2 Mpa, después se
enfría el depósito a 40°C. Determinar la temperatura inicial y la presión final del agua.
H20 1kg 150 l 2MPa
P1= 2Mpa V1= 0. 0.000015 =>Vapor húmedo T1= 212,38 °C
V2= 0. 0.000015 =>LIQUIDO COMPRIMIDO P2= 7,3851 kPa
T2= 40°C
3-33 Un contenedor rígido de
inicial de
1,348 se llena con 10 kg de refrigerante 134a a una temperatura
−40 ℃. Luego se calienta el contenedor hasta que la presión es de 200kPa. Dete rmine la
temperatura final y la presión inicial
= = 1,348 10 =0,1348 → ℎ = 51,25 = 200 → = 0,13206 → = 60 ℃ = 0,13641 → = 70 ℃ 0,00435→10 0,00161→ =3,7011 = 66,2988 ℃ 3-34 la cámara izquierda, de 1,5 pies, de un sistema dividido se llena con 2lbm de agua a 500psia.
El volumen de la cámara derecha también es de 1.5pies, y esta inicialmente al vacío, a continuación se rompe y se transfiere calor al agua hasta que su temperatura llega a 300°F. Determinar la presión final del agua en psi y la energía interna total en el estado final AL COMIENZO V=0,75
AGUA V=0,75
P= 500psia Vapor húmedo AL FINAL v2= 2v1=1.5 T2= 300°F Vapor Húmedo P= 67,028 psia Ufg= 830,25
P= 500psia
VACIO
3-35 Un contenedor de
9 se llena con 300 kg de refrigerante 134a a 10 °C ¿Cuál es la entalpia
especifica del refrigerante 134a en el contenedor?
9 = = 300 =0,03 → ℎ = 414,8 9 = − = 0,03−0,000793 0,050196 =0,5818 ℎ = ℎ + ℎ ℎ=65,43+ 0,5818190,73 ℎ=176,396 3-36 Fluye refrigerante 134ª a 200kpa y 25°C por una línea de refrigeración dete rmine su volumen
Específico
P=200KpA T=25°C LIQUIDO COMPRIMIDO V=0.88578 3-37E Un dispositivo de cilindro-émbolo cargado por resorte se llena inicialmente con 0,2 lbm de
una mezcla de líquido y vapor refrigerante 134a cuya temperatura es -30 °F, y cuya calidad es 80 por ciento. En la relación F=kx, la constante del resorte es
, y el diámetro del pistón es 12 37
pulg. El refrigerante 134a experimenta un proceso que aumenta su volumen en 40 por ciento. Calcule la temperatura final y la entalpia final del r efrigerante 134a.
Vf = 1.4Vo ml = 0.25mv Vo = π*b Vf = 1.4 π*b Vf = π*(b+Δb)
V = vf + X vfg V = 0.01143 + (0.8)(4.41857)v = 3.546286 Vo = V = (0.2)(3.546286) = 0.7092572 ft3
Vo = π*b = 0.7092572
b = 0.225763578 ft
Vf = 1.4π*b = 0.992960077 ft3 Vf = π*b + π*Δb
Δb = 0.090305431 ft
Δb = 1.083665173 pulg
F = kx = 37[lbf/pulg] * Δb = 40 .09561141 P = F/A = 0.08863076 psi Pt = Patm + P = 14.78863076 psia A 10 psia: 4.9380 20 5.1600 40 4.9648 x
X= 22.41
A 15 psia: 4.5802 200 4.7239 220 4.9648 x
X = 253.528
Total Interp: 10 22.41
15 253.528 14.78863076 x
X = 243.7577 °C =
A 10 psia: 4.9380 107.91 5.16 111.75 4.9648 x
X = 108. 3735
A 15 psia: 4.5802 145.37 4.7239 149.99 4.9648 x
X = 157.7350
Total Interp: 10 108.3735 15 157.7350 14.78863076 x
X = h = 155.6483 [Btu/lbm]
H = (0.2lbm)(155.6483) = 31.13 Btu
3-38E Una libra-masa de agua llena un dispositivo cilindro-émbolo de peso conocido de 2.4264
ft3, a una temperatura de 600°F. El dispositivo cilindro-émbolo se enfría ahora hasta que su temperatura es 200°F. Determine la presión final del agua, en psia, y el volumen en ft3.
A 600°F y v= 2.4264 P = 250[psia]
v= 0.01663 [ft3/lbm]
V = (1lb)(0.01663) = 0.01663 ft3
3-39 Diez kilogramos de refrigerante 134a llenan un dispositivo cilindro-embolo de peso conocido
de
1,595 a una temperatura de -26,4 °C. El contenedor se calienta ahora hasta que la
temperatura llega a 100 °C. Determine el volumen final del refrigerante 134a
= = 1,595 10 =0,1595 → ℎ = 101,7 3 = 100 ℃ → =0,30138 3-40E Una libra masa de agua llena un contenedor cuyo volumen es 2 pies la presión en el
contenedor es 10 pisa calcule la energía total y la entalpia en el contenedor V=2 P=10psia Vapor humedo T=193,16 °F U=910,75 Btu H=981,82 Btu
3-41 Tres kilogramos de agua en un recipiente ejercen presión de 100 kPa, y tienen 250 °C de
temperatura. ¿Cuál es el volumen de este recipiente?
T (°C)
Vapor sobrecalentado
250
100
99,61
v (m3/kg)
3 → =0,001252 3-42 10 kg de refrigerante 13a a 300kpa están llenan un recipiente r ígido cuyo volumen es de 14l
determine la temperatura y la entalpia total en el recipiente. Ahora se calienta e l recipiente hasta que la presión es de 600kpa determina la temperatura y la entalpia total del refrigerante cuando el calentamiento se termina.
= 0,0014 v = = ,
(v = cte)
T = Temperatura saturada a 300 kPa T = 0,61 °C
m 0,0014 −0,0007736 kg =0,009321 = V−Vf = Vfg 0,067978−0,0007736 m kg =+∗ h =52,67+0,009321198,13 =54,52 kgkJ H = hm =(54,52 kgkJ )10kg = 545,2 kJ Por lo que:
T = Temperatura saturada a 600 kPa = 21,55 °C m 0,0014 −0,0008199 kg =0,01733 = V−Vf = Vfg 0,034295−0,0008199 m kg h =81,51+0,01733180,90 =84,64 kgkJ H = hm =(84,64 kgkJ )10kg =846,4 kJ 3-43 100 kg de refrigerante 134a a 200 kPa están en un dispositivo de cilindro-embolo, cuyo
volumen es
12,322 . A continuación se mueve el embolo, hasta que el volumen del recipiente
es la mitad de su valor original. Esa compresión se hace de tal modo que la presión del refriger ante no cambia. Determine la temperatura final, y el cambio de energía interna total del r efrigerante 134a P
0,0007
0,0998
v(
= = 12,322 100 =0,12322 → =263,08 = 40 ℃ =0,06161 → ℎ = −10,09 ℃ = 0,06161−0,0007533 0,1006203 =0,6048 = + =0,0007533+0,60480,1006203 =0,061608 ∇=0,06161−0,061608 ∇=0,00002 3-44 Agua inicialmente a 300kPa están en un dispositivo cilindro-embolo provisto de topes se deja
enfriar el agua a presión constante hasta que adquiere la calidad de vapor saturado y el cilindro esta en reposo en los topes luego el agua sigue enfriándose hasta que la presión es de 100kPa En el diagrama T-V con respecto a las líneas de saturación las curvas de proceso pasan tanto por los estados iniciales e intermedio como por el estado fundamental del agua etiquete el valor de T, P y V para los estados finales en las curvas del proceso encuentre el cambio total en energía interna entre los estados inicial y final por unidad de masa de agua
3-45E La presión atmosférica de un lugar se suele especificar a las condiciones estándar, pero
cambia con las condiciones meteorológicas. Como dicen con frecuencia los pronósticos meteorológicos, la presión atmosférica baja durante el mal tiempo, y sube durante días claros y soleados. Si se indica que la diferencia entre las dos condiciones extremas es 0,2 pulgadas de mercurio, determine cuánto varía la temperatura de ebullición del agua al cambiar el clima de un extremo al otro
0,2 10,491 =0,0982 ∇ = 212−200℉ =3,783 ℉ ∇ 14,709−11,538 ℉ )0,0982 ∇ =(3,783 ∇ =0,3714℉ 3-46 Una persona cocina en una olla de 30 cm de diámetro cuya tapa esta bien ajustada y deja que
el alimento se enfrié hasta la temperatura ambiente de 20°C la masa total de alimento y la olla es de 8 kg entonces la persona trata de abrir la olla tirando de la tapa hacia arriba suponiendo que no haya entrado aire a la olla durante el enfriamiento determinar si la tapa se abrirá o la olla subirá junto con la tapa
3-47 Mediante una estufa eléctrica se hierve agua a 1 atm de presión, en una olla de acero
inoxidable con 25 cm de diámetro interior. Se observa que el nivel del agua baja 1 0 cm en 45 minutos, calcule la tasa de transferencia de c alor a la olla.
0,25 ( ) ( )0,1 4 4 = = = 0,001043 = 4,704 kg 4,704 = 0,001742 ̇ = ∇ = 4560 ̇ = ̇ ℎ = (0,001742 )(2256,5 ) = 3,93 kW 3-48Repita el problema 3-47 para un lugar de 2000m de altura donde la presión atmosférica
estándar es 79,5kPa
3-49 El vapor de agua saturado que sale de la turbina de una planta termoeléctrica e stá a 40 °C, y
se condensa en el exterior de un tubo de 3 cm de diámetro exterior y 35 m de longitud, a la tasa de
130 . Calcule la tasa de transferencia de calor, del vapor de agua al agua de enfriamiento
que fluye en el tubo, a través de la pared del tubo
0,03 ( ) ( )35 4 4 = = = 0,001008 = 24,543 24,543 =0,03611 ̇ = ∇ = 0,188796060 ̇ = ̇ℎ = 0,036112406 = 86,88
3-50se observa que hierbe agua en una olla de 5cm de profundidad a 98°C ¿A qué temperatura
hervirá el agua en una olla de 40cm de profundidad? Suponga que las dos ollas están llenas de agua hasta sus bordes
3-51 Se calienta agua en un dispositivo de cilindro-embolo vertical. La masa del embolo es 20 kg, y
su área transversal es
100 . La presión atmosférica local es 100 kPa. Determine la temperatura
a la que comienza a hervir el agua
= +
209,807 = 100 + 0,01 =119,61 = 104,7 ℃ 3-52 Un recipiente rígido de 1.8m3 de volumen contiene 15kg de vapor húmedo de agua a 90°C
entonces se calienta lentamente el agua deter mine la temperatura a la cual el liquido que forma
del vapor húmedo en el recipiente se evapora por completo también describa el proceso en un diagrama T-V con respecto a las líneas de saturación V=0.12 0,12721 – 0,12 = 0,00721 0,12721 – 0,11508 = 0,01213 0, 00721 *
2, 97 °C
Tf= 200 + 2, 97 = 202, 97°C
3-53 Un dispositivo de cilindro-embolo contiene
0,005 de agua líquida y 0,9 de vapor de
agua, en equilibrio a 600 kPa. Se transmite calor a presión constante, hasta que la temperatura llega a 200 °C a) ¿Cuál es la temperatura inicial del agua? b) Calcule la masa total del agua c)
Calcule el volumen final
d) Indique el proceso en un diagrama P-v co n respecto a las líneas de saturación
= 158,83 ℃ 0,005 = 4,5413 = = 0,001101 0,9 = 2,8517 = = 0,3156 = + = 4,5 413+ 2,8 517 = 7,3 93 =0,35212 = = 7,3930,35212 = 2,60322
3-54 Regrese al problema 3-53 use el programa EES u otro para investigar el efecto de la presión
sobre la masa total de agua en el recipiente dejar variar la presión de 0,1Mpa hasta 1Mpa repetir
este diagrama la masa total del agua en función de la presión y escriba los resultados muestre también el proceso 3-53 en un diagrama P-V usando la función de dibujar propiedades en EES
m [kg]
P1 [kPa]
96.39
100
95.31
200
94.67
300
94.24
400
93.93
500
93.71
600
93.56
700
93.45
800
93.38
900
93.34
1000
3-55E Se deja enfriar vapor de agua sobrecalentado a 180 psia y 500 °F, a volumen constante,
hasta que la temperatura baja a 25 0 °F. En el estado final, calcule: a) la presión, b) la calidad, c) la entalpia. También muestre el proceso en un diagrama T-v c on respecto a las líneas de saturación
=3,0433 = 250 ℉ → = 29,844 = − = 3,0433−0,017 13,833 =0,2187 ℎ = ℎ + ℎ ℎ=218,63+ 0,2187945,41 ℎ=425,3911
3-56E Regrese al problema3-55E use el programa EES para investigar el efecto de la presión inicial
sobre la calidad del agua en el e stado final haga que la presión varié de 100psi a 300 psi trace la grafica de calidad en función de la pre sión inicial y describa los resultados, También indique el proceso del problema 3-55E en un diagrama T-V usando la función de dibujar propiedades en EES
3-57 Determine el volumen específico, la energía interna y la entalpia del agua comprimida a 80 °C
y 20 MPa, usando la aproximación de líquido saturado. Compare los valores con los que o btenga de las tablas del líquido comprimido
Tablas
= 0,0010199 =330,5
ℎ=350,9 Aproximación liquido Saturado
=0,001029 =334,97 ℎ=335,02
3-58 Regrese al problema 3-57 use el programa EES para determinar las propiedades indicadas de
liquido comprimido y compárelas con las que se obtuvieron usando la aproximación de liquido saturado
3-59 Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 0,8 kg de vapor de agua a 300 °C y 1 MPa. El
vapor se enfría a presión constante, hasta que se condensa la mitad de su masa a) Muestre el proceso en un diagrama T-v b) Calcule la temperatura final c)
Determine el cambio de volumen
=0,25799 = = 0,80,25779 = 0,2062 = 179,88 ℃ = + =0,001127+ 0,50,19436 =0,098307 = = 0,80,098307 =0,078645 ∇ = 0,2 062− 0,0 78645 = 0,1 2755 3-60 Un recipiente rígido contiene vapor de agua a 250°C a una presión desconocida cuando un
recipiente se enfría a 124°C el vapor comienza a condensarse estime la presión inicial en el recipiente
T1= 250°C P= 0.3MPa =>Vapor saturado T=124°C P= 520,63136MPa V=0,77012m3/kg 3-61 Un dispositivo cilindro-embolo contiene inicialmente 1,4 kg de agua líquida saturada a 200
°C. Entonces, se transmite calor al agua, hasta que se cuadruplica el volumen, y el vapor solo contiene vapor saturado. Determine a) el volumen del re cipiente, b) la temperatura y presión finales, c) el cambio de energía interna del agua
= = ×=0,001157 ×1,4=0,00162 = 4 =0,0064792 = = ×=0,004628 ×1,4=0,006479 = =200°
= =1554,9 → =850,46 × 1,4 = 1190,644 =850,46 → =2594,2 × 1,4 = 3631,88 =2594,2 ∆ = 3631,88−1190,644 = 2441,236 3-62 ¿Cuánto error se cometería al calcular el volumen específico y la entalpia del agua a2 MPa y
140°C usando la aproximación para líquido comprimido? CUANDO TRABAJEMOS CON LA APROXIMACION DE LIQUIDO COMPRIMIDO P=2000kPa T= 140°C Vf= 0,001177 m3/kg CUANDO TRABAJEMOS LIQUIDO COMPRIMIDO Vf = 0,0010169 m3/kg
según las tablas de líquido comprimido
Error = 0.001177 – 0.0010169 Error = 0,000108 * 100 = 0,0108%
3-63 ¿Cuánto error se cometería al calcular el volumen específico y la entalpía del agua a 20 MPa y
140 °C, usando la aproximación para líquido incompresible? 3-64 En un principio 100g de refrigerante 134a llenan un dispositivo de cilindro embolo con carga
constante a 60kPa y a - 20°C a continuación se calienta el dispositivo hasta que su temperatura sea de 100°C determine el cambio de volumen en el dispositivo como resultado del calentamiento
3-65 Un recipiente rígido contiene 2 kg de refrigerante 134a a 800 kPa y 120 °C. Determine el
volumen del recipiente y la energía interna total.
=×=0,037625 × 2 = 0,0 7525 ×2=655,74 =×=327,87 3-66 En un recipiente de 0.5m3 contiene 10kg de refrigerante 34ª a -20°C Determine:
V= 0.05 m3/kg T= -20°C
LIQUIDO COMPRIMIDO a) La presión P= 132,82KPa b) La energía interna
U = 904,2 KJ c)
El volumen ocupado por la parte liquida
V= 0.00489 m3
3-68 un recipiente rígido de 0.3m3 contiene al principio un vapor húmedo de agua a 150°C
entonces se calienta el agua hasta que llega al estado de punto critico c alcule la masa del agua liquida y el volumen que ocupa el liquido con el estado inicial
T = 150°C V=0.001091 m3/kg T=373,95°C V= 0,105m3 M=96,10kG
