1. A una tobera ingresa un flujo estable de 2Kg/s de H2O de 1MPa y 300°C y sale a 0,2 MPa y 100% de calidad. La variación de velocidad entre la entrada y la salida es de 600 m/s. La relación entre las áreas de salida y entrada es de 3. a) Grafícar T vs v. b) Determine la velocidad a la salida en m/s (V2). c) Determine el calor transferido en el proceso, en KJ/s. 3
2. Un compresor en el que se desarrolla desarr olla un proceso FEES comprime 1,0 m /min de aire (gas ideal) desde 100KPa y 300°K hasta 1400KPa y 450°K. El aire durante la compresión sigue la ley PV" = cte. a) Calcular la potencia que consume el compresor en Kw. b) Calcular Calcul ar el calor que se transfiere al medio medi o ambiente ambient e en KJ/min. (¨Ec=0, ¨Ep=0), Cp(aire)= 1,0035 KJ/Kg.
3. Una turbina de vapor está acoplada a un compresor deN 2, como se indica en la figura. Las condiciones de antrada en la turbina son 4,0 MPa y 370°C y las condiciones de salida son 20,0 KPa y 5,0% de humedad. La transmisión de calor de la turbina puede despreciars despre ciarse. e. El flujo de vapor es de 0,126 Kg/s (454 Kg/h). Kg/h). El N2 entra al compresor a 0,1 MPa y 15 °C, y sale del enfriador a 10,0 MPa y 27°C. El flujo de masa en el compresor es de 69 Kg/h (0,019Kg/s). La turbina entrega 11931,0 Watt al compresor y el excedente a un generador eléctrico. a) Grafícar T vs V (Turbina y compresor) b) Determinar la Potencia disponible de la turbina para mover el generador (Kwatt). c) Determinar la rapidez de la transmisión de calor del N2 mientras fluye por el compresor y enfriador (KJ/h).
4. En la instalación mostrada, que consiste en una válvula de estrangulamiento y una turbina adiabática, fluyen 10 Kg/s de agua. La presión a la entrada de la válvula de estrangulamiento es de 10 bar (1,0 MPa) y a la salida de 2 bar (0,2MPa). El incremento de entropía en la turbina adiabát ica es 5,519 KJ/s x°K, la presión de salida es 25 KPa y la calidad del vapor es del 100% (de salida). La ¨Ec y ¨Ep son despreciables a) Gráficar T vs. V. b) Determine la humedad del vap or a la entrada de la válvula de estrangulamiento (%). c) Determine el coeficiente de Joule-Thompson promedio en la válvula de estrangulamiento, en °K/MPa. d) Determine el incremento de entropía en la válvula de estrangulamiento, en KJ/sx°K. e) Determine la Potencia producida por la turbina, (Kw).
5. Vapor de agua en régimen FEES a las condiciones iníciales de 3 bar y x=9,7322 % ingresa a una válvula reductora de presión. El agua experimenta un estrangula miento hasta la presión de 1 bar, siendo el flujo de masa que circula por la válvula de 2,0 Kg/s. El ¨Ec = ¨EP = 0 a) b) c) d)
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Efectuar la gráfica T°C vs v (m /Kg). Calcular el cambio de Entropía (¨S) del H20 en el proceso, KJ/s x °K 3 Calcular el flujo (V) de H20 a la salida de la válvula, m /s. Calcular el cambio de Energía interna (¨U) del H20 en el proceso, en Kw.
6. Una turbina de gas adiabática recibe un flujo de Argón (comportándose como u n gas ideal) a 527ºC y 5 bar y lo descarga a 1 bar. No considere los cambios de energía cinética y potencial. La K del Argón es 1,667, Cp= 0,5203 KJ/Kg x °K yR= 0,20813 KJ/Kg x °K. 3
a) Efectuar la gráfica T°C vs v (m /Kg). b) Determine la mínima temperatura que podría alcanzar el Argón en la descarga de K-1/K 1bar, en °C. (Argón, Z=1), T2/T1 = (P2/P1) c) Si el trabajo real entregado por la turbina es el 80% del trabajo máximo (Teórico) que podría entregar, ¿Cuál es la temperatura real del Argón en la descarga a 1 bar, en °C? d) Determine el incremento de entropía (¨S) del Argón ocurrido durante la expansión en la turbina, en KJ/Kg x °K. ¨S = Cp In(T 2/T1) - R In (P 2/P1)
7. Por el interior de una tubería horizontal fluyen 10 Kg/s de agua. El ingreso se produce como vapor saturado a 200°C y la salida como líquido saturado a 190°C. Las condiciones ambientales son T0=27°C y P0 = 1 bar. Los ¨Ec=¨Ep=0 y w=0. a) Efectuar la gráfica T °C vs v (m 3/Kg). b) Determine el cambio de entropía del universo (¨Su), Kw/°K.
8. En una turbina adiabática se expande en forma reversible vapor de a gua desde 20 bar y 300°C hasta 1 bar; a continuación el vapor de agua ingresa al condensador saliendo como líquido saturado, tal como se muestra en el esquema. El fluido enfriador incrementa su temperatura en 20°C. a) Teniendo en cuenta que el calor liberado por el vapor de agua es 3200 KJ/s, hallar la potencia (W) entregada por la turbina (Kw). b) Calcular el flujo de agua (m) que circula por el ser pentín en Kg/h. (Cp H2O = 4,1868 KJ/Kg x °C).
Nota: Turbina adiabática y reversible: Q = 0, S2 = S1
9. Vapor de agua a 300°C y x= 30% realizan un proceso isotérmico reversible hasta la presión de 2 MPa. a) Efectuar la gráfica T°C vs v (m3/Kg). b) Calcular el calor transferido durante el proceso, KJ/Kg. c) Calcular el trabajo realizado por el agua, en KJ/Kg. Nota: Proceso isotérmico y reversible: Q12 = T (S 2 ± S1) Q12 = ¨U + (-W)
10. Se mezcla dos flujos de vapor de agua: el primero de 800 Kg/h a 100 bar y 400°C y el segundo de 600 Kg/h a 100 bar y 40% de calidad. El mezclador es adiabático y el flujo resultante se obtiene a 90 bar después de un estrangulamiento. ¨Ec = ¨Ep = 0, Determine: a) La entalpia específica del flujo resultante (KJ/Kg) 3 b) El flujo de volumen a la salida (m /h) 11. Un flujo de "m" Kg/s de aire (gas ideal) ingresa a una tobera adiabática, a las condiciones iníciales de 4 bar, 87°C y v= 20 m/s. El aire sé expande según un régimen FEES siguiendo la ley Pvk = cte. hasta 1,5 bar (¨E P= 0). a) Determine la velocidad del aire a la salida de la t obera, en m/s. b) Calcular el cambio de energía interna del aire, durante el proceso en KJ/Kg. 12. En la instalación mostrada, la potencia producida por la turbina "T" es empleada en su integridad para accionar el compresor "C". Los procesos en el compresor y en la k turbina son adiabáticos con Pv = c. La presión del aire a la salida del compresor, es igual a la presión a la salida de la turbina.
a) ¿Cuál es la temperatura a la salida de la turbina, en K? b) ¿Cuál es la presión a la salida del compresor, en bar? 13. En la figura se muestra parte de un sistema de refrigeración que utiliza Freón-12 como refrigerante. El Freón-12 ingresa a la válvula en (1) como líquido saturado a 367,6 KPa y se estrangula adiabáticamente hasta 8,8 KPa en (2), luego pasa por el evaporador donde recibe una transferencia de calor de 100 KW saliendo en (3) como vapor saturado 8,8 KPa. Son despreciables los cambios de energía cinética y potencial.
Determine con que calidad, en %, sale el Freón-12 de la válvula.
14. Un flujo de 5 Kg/s de aire es comprimido desde P1 hasta P2, según el proceso politrópico PV 1,3 = cte. Durante el proceso la potencia consumida por el compresor es 500 KW. Considere el aire como un gas ideal y despreciables los cambios de energía cinética y potencial. a) Determine el ca mbio de energía interna experimentada por el aire al ser comprimido, en KW. " b) Calcule el calor transferido en el proces o en KW.
15. Un compresor adiabático comprime 12 Kg/ min de aire (gas ideal) desde 1 bar y 300K hasta 3 bar alcanzando una temperatura que es 1,2 veces la temperatura que se hubiese alcanzado si el proceso fuese reversible. a) Determine la temperatura de descarga en K. b) Si el aire comprimido se enfría a presión constante hasta la temperatura inicial, ¿Cuál será la variación de entropía en este proceso? (en KJ/K-min). 16. En la instalación mostrada fluyen 10 Kg/s de agua. El incremento de entropía en la turbina adiabática es 5,519 KJ/s-K.
Determine: a) La humedad del vapor en 1 (%). b) El coeficiente de Joule-Thompson promedio en el estrangula miento, en K/MPa. c) La potencia producida por la turbina, en KW. 17. Un compresor FEES, comprime en un proceso adiabático reversible una mezcla de gases constituida por 40% C02, 35% N2 y 25% 02 en volumen, desde 1 bar y 30°C hasta 5 bar. Si se comprimen 3,5 Kg/s d eterminar: a) b) c) d)
El porcentaje en masa del N2 en la mezcla. La potencia consumida por el compresor, en KW. El cambio de entropía correspondiente al N2, en KJ/Kg N2-K. El cambio de energía interna del N2 en KJ/s.
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18. Una turbina adiabática recibe un flujo de agua de 10 Kg/s a 450°C y 3,0 M N/m y la descarga a 0,010 M N / m2. No considere cambios de energía cinética y potencial. a) Si el trabajo real entregado por la turbina es el 59,6991% del máximo trabajo que podría entregar, cuál es la temperatura real del agua en la descarga a 0,010 M N/m2, en °C. b) Determine el incremento de entropía del agua ocurrido durante la expansión en la turbina, en KW/K.
19. En un recipiente como el mostrado en la figura, se tiene 0,2 Kg de aire (gas ideal) a la 2 condición inicial de 67°C y 100 KN/m . Se le transfiere calor hasta qué la presión del aire sea de 500 K N/m2. La presión necesaria para equilibrar el pistón es de 200 K 2 N/m .
Calcule: a) El cambio de entalpia total del aire, en KJ. b) EI calor transferido total del aire, en KJ. c) El cambio de entropía del universo en KJ/K; si el calor se transfiere de unafuente a 3500 K.
20. Se desea vaporizar 5 Kg/s de agua desde líquido saturado hasta vapor saturado, manteniendo constante la presión en 2 bar, para lo cual el agua recibe energía eléctrica, las condiciones ambientales son P0= 1 bar y T 0 = 27°C. Determine: a) La energía eléctrica requerida por el agua en KW. b) La parte no disponible del calor recibido por el agua, en KJ. c) La parte disponible.
21. Un tanque vacío es conectado a una tubería que conduc e vapor a 0,40 MPa y 200°C. La conexión se realiza mediante una válvula que al ser abierta permite el ingreso del vapor hasta que la presión en el tanque es de 0,40 MPa. Mientras ingresa el vapor se transfiere calor al exterior a razón de 700 KJ/Kg de vapor introducido. Si se desprecian las energías cinética y potencial del vapor, ¿Cuál es su energía interna final? 3
22. Un recipiente rígido de 1m de capacidad contiene una mezcla de 50% de agua líquida y 50% de vapor, en volumen. La temperatura de la mezcla es 260°C. Se extrae lentamente líquido desde el fondo del tanque, transfiriéndose a la vez calor para mantener la temperatura constante. Determinar el calor transferido cuando la mitad de la masa en el recipiente ha sido extraído. 23. En una planta de fuerza de vapor entran 324000 Kgm/h de agua a la caldera, a una 2 2 presión de 130,3 Kgf/cm y a 213°C. El vapor sale de la caldera a 92,96 Kgf/cm y a 491°C. La turbina rinde 81000KW. El combustible (carbón) se quema a razón de 26786 Kgm/h y tiene poder calorífico superior de 7950 Kcal/Kgm. Deteminar: a) El rendimiento de la caldera. b) El rendimiento conjunto de la planta (rendimiento térmico).
