Ejercicios para Mecánica de Fluidos y Termodinámica 1. Una máquina máquina frigoríca frigoríca operando operando entre entre 21.1°C 21.1°C -1.2°C -1.2°C de temperatura temperatura extrae 21100 J/s de a cámara fría! si e compresor tra"a#a con $%&0 J/s! 'cuá será e coeciente de performance de esta máquina( 'qu) porcenta#e es este C*+ de una máquina de Carnot que tra"a#a entre os mismos ímites de temperatura( 2. Una panta panta de refrigeraci refrigeraci,n ,n compuesta compuesta de compresor! compresor! condensad condensador! or! áua de estranguamiento eaporador! utiia 000 g/ de agua de refrigeraci,n en e condensador. condensador. 3as temperaturas promedio de agua de refrigeraci,n a a entrada a a saida son de 1$°C 2%°C respectiamente. 4i a potencia requerida para a compresi,n es de 1& 5! se pide6 a. 7acer un esquema esquema t)cnico t)cnico cacua cacuarr e coecien coeciente te de performance. ". Cacuar a capacidad capacidad en toneadas de refrigeraci,n refrigeraci,n 89on:! 89on:! sa"iendo que 1 9on es igua a $.& J/s. $. Un refrigerad refrigerador or dom)stico dom)stico que tiene tiene una entrada entrada de potencia potencia de ;&0 ;&0 5 un C*+ de 2.& de"e enfriar ; sandías grandes de 10 g cada una! a
0.%2 J/g oC Cp > 1.0 1.0 J/g oC &. Un refrige refrigerad rador or de"e quitar quitar caor caor de espaci espacio o enfria enfriado do a ra,n ra,n de $00 o J/min J/min para para manten mantener er su tempera temperatura tura a -< C. 4i e aire que rodea a o refrigerador está a 2& C! determine a entrada de potencia mínima que necesita e refrigerador. . Un refri efrige gera rado dorr comp compe eta tame ment nte e reer eersi si" "e e func funcio iona na medi median ante te un compresor de 10 5 opera con dep,sitos de energía a 2&0 ? $00 ?! 'cuánto enfriamiento reaia este refrigerador( %. 3as necesi necesidad dades es de agua pota"e pota"e de una panta panta de producc producci,n i,n con 20 empeados se de"en satisfacer mediante una fuente de agua de tipo "ur"u#eo. 3a fuen fuente te de agua agua refr refrig iger erad ada a de"e de"e o o enfriar e agua de 22 C a < C suminis suministra trarr agua agua fría fría a ra,n ra,n de 0.; 3/.per 3/.person sona. a. Caor Caor se trans transere ere a a o fuente desde e entorno a 2& C a ra,n de ;& 5. 5. 4i e C*+ C*+ de de sist sistem ema a de refri efrige gera raci ci,n ,n es 2.@! 2.@! dete deterrmine mine a pote potenc nciia de comp comprreso esor que será será
<. Una "om"a de caor tiene un C*+ de 1.%. Aeterminar e Bu#o de caor transferido acia desde a "om"a de caor cuando consume una potencia de & 5 @. 4e usa una "om"a de caor para caentar una casa mantenera a 2; oC. Un día de inierno! cuando a temperatura de aire exterior es de -& oC! se estima que a casa pierde caor a ra,n de <0 000 J/. Aetermine a potencia mínima necesaria para acer funcionar esta "om"a de caor 10.Considere un edicio cua carga anua de acondicionamiento de aire se estima en 120 000 5 en un área donde e costo unitario de eectricidad es de 0.10/ 5 . 4e consideran dos acondicionadores de aire para e edicio. = acondicionador de aire G tiene un C*+ promedio de $.2 su adquisici,n su instaaci,n cuesta & &00. = acondicionador H tiene un C*+ promedio de &.0 su adquisici,n e instaaci,n cuesta % 000. 4i todo o
11.Dapor de agua a 1000 +a $00 oC se expande a tra)s de una áua de estranguamiento asta &00 +a. Aetermine a temperatura de saida e cam"io de entropía. '=s posi"e este proceso( 12.=ntra refrigerante 1$;a en os serpentines de eaporador de un sistema de refrigeraci,n como un apor Emedo a 10 +a. = refrigerante a"sor"e 1<0 J de caor de espacio enfriado que se mantienen a -& oC sae como apor saturado a a misma presi,n. Aetermine a: e cam"io de entropía de refrigerante ": e cam"io de entropía de espacio enfriado c: '4e cumpe e principio de aumento de entropía( 1$.Un "oque de co"re de &0 g iniciamente a <0 oC se eca dentro de un tanque aisado que contiene 120 3 de agua a 2& oC. Aetermine a temperatura de equii"rio na e cam"io tota de entropía para este proceso. Ce 8co"re: > 1;.Una "om"a adia"ática se a a usar para comprimir agua íquida saturada a 10 +a asta una presi,n de 1& F+a de manera reersi"e. Aetermine a entrada de tra"a#o usando6 a: datos de entropía de a ta"a de íquido comprimido! ": e oumen especíco de agua a a entrada de a "om"a os aores de presi,n de entrada saida! c: e aor promedio de oumen especíco de agua aores de presiones
1&.Un gas idea sufre un proceso entre dos temperaturas! a: a presi,n constante! ": a oumen constante. 'en cuá de eos experimentará a maor ariaci,n de entropía e gas( 1.Una tur"ina de apor reersi"e adia"ático procesa & g/s de apor de agua a ; F+a! a maor parte de apor sae de a tur"ina a &0 +a 100oC. G %00 +a! &I de Bu#o de a tur"ina se desía a otro proceso. Aetermine a potencia que desarroa esta tur"ina 1%.=ntra refrigerante 1$;a a un compresor adia"ático como apor saturado a 10 +a a ra,n de 2 m $/min se comprime a una presi,n de @00 +a. Aetermine a potencia mínima que se de"e suministrar a compresor 1<.as ne,n se expande isentr,picamente desde 1000 +a &00 oC asta 100 +a. 'Cuá es su temperatura na( [email protected] de agua a $ F+a ;00 oC se expande a $0 +a en una tur"ina adia"ática con una eciencia isentr,pica de @2I. Aetermine a potencia entregada por esta tur"ina cuando e Bu#o de masa es de 2 g/s 20.=ntra aire a un compresor adia"ático a 100 +a 1% oC a ra,n de 2.; m$/s sae a 2&% oC. = compresor tiene una eciencia isentr,pica de <;I. Aespreciando ariaciones de energía cin)tica potencia! determine a: a presi,n de descarga ": a potencia necesaria para accionar e compresor 21.G una "om"a ingresa 2 g/s de agua saturada a &0 +a de"e eearse su presi,n asta 1000 +a. 4i as ariaciones de energía cin)tica potencia son desprecia"es si a "om"a tiene una eciencia isentr,pica de
00cm$. 3a temperatura a na de proceso de expansi,n isentr,pica es de <00 ?. Usando aores de caores especícos a temperatura am"iente! determine a: a temperatura más ata en e cicoK ": a cantidad de caor transferido a Buido de tra"a#o! en JK c: a eciencia t)rmica! d: a presi,n media efectia.
2&.Gguien a sugerido que e cico de *tto de aire estándar es más preciso si os dos procesos isentr,picos se reempaan por procesos poitr,picos con un exponente poitr,pico de n>1.$. considere un cico así con una reaci,n de compresi,n de @& +a! 9 1> 1&°C! a temperatura máxima de cico es 1200°C. Aetermine e caor que se transere a este cico que se recaa de )ste! así como a eciencia t)rmica de cico. Use caores especícos constantes a temperatura am"iente. 2.Un cico Aiese idea con aire como Buido de tra"a#o tiene una reaci,n de compresi,n de 1< una reaci,n de corte de admisi,n de 2 . G principio de proceso de compresi,n e Buido de tra"a#o está a 1;.% psia! <0°L 11% pug$. Utiice as suposiciones de aire estándar frío determine a:a temperatura presi,n de aire a na de cada proceso! ":a saida de tra"a#o neto a eciencia t)rmica c: a presi,n media efectia
2%. Un motor idea Aiese tiene una reaci,n de compresi,n de 20 usa aire como Buido de tra"a#o. = estado de aire a principio de proceso de compresi,n es de @& +a 20°C. 4i a temperatura máxima en e cico no a de exceder 2 200 ?! determine a:a eciencia t)rmica ":a presi,n efectia media. 4uponga caores especícos constantes para e aire a temperatura am"iente 2<.Un cico Aiese idea tiene una reaci,n de compresi,n de 20 una reaci,n de cierre de admisi,n de 1.$. Aetermine a temperatura máxima de aire a tasa de adici,n de caor a este cico cuando produce 2&0 5 de potencia e estado de aire a inicio de a compresi,n es @0 +a 1&°C. Use caores especícos constantes a temperatura am"iente
