Problema Unidad 2 Termodinamica 2016-2 13 Prob (1)

PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA  – UNIDAD II Octubre 2016 1. A una tobera adiabática entra aire en forma estable (flujo permanente/estacionario) a 0.3 MPa, 200°C y 30 m/s, y sale a 100kPa y 180 m/s. El área de entrada de la tobera es de 80 cm 2. Tener en cuenta que 1 m 2/s2 equivale a 1 J/kg. La constante del aire como gas ideal es R = 0.287 kPa.m 3/kg.K.

Determinar: a) El flujo flujo másico másico por por la tobera b) La temperatura de salida del aire c) El área de salida de la tobera

2. A un difusor entra aire a 80 kPa, 27°C y 220 m/s a una tasa de 2.5 kg/s, y sale a 42°C. El área de salida del difusor es 400 cm 2  y se estima que durante este proceso el aire pierde calor a una tasa de 18 kJ/s. Determinar: a) La velocidad de salida b) La presión de salida del aire.

3. Por una turbina adiabática fluye vapor de modo estable (flujo permanente/estacionario). Las condiciones de entrada del vapor son 10 MPa, 450 °C y 80m/s. Las condiciones de salida son: presión de 10 kPa, calidad de 92% y velocidad de 50 m/s. El flujo másico del vapor es de 12 kg/s. Determinar: a) El cambio de energía cinética b) La salida de potencia c) El área de entrada de la turbina.

4. Al condensador de una termoeléctrica entra vapor a 20 kPa con una calidad de 95% y un flujo másico de 20 000 kg/h. Después se enfría con agua de un río cercano que se hace circular por los tubos dentro del condensador. Para evitar la contaminación térmica, no se permite que el agua del río experimente un aumento de temperatura superior a los 10°C. Si el vapor debe salir del condensador como líquido saturado a 20 kPa, determine el flujo másico de agua de enfriamiento requerido.

5. Una bomba de calor es usada para mantener una casa a una temperatura constante de 23°C. La casa pierde calor a una tasa de 60000 kJ/h mientras que la energía generada dentro de la casa por las personas, las luces y otros aparatos equivale a 4000 kJ/h Para un Coeficiente de desempeño COP de 2.5, determinar la entrada de potencia requerida por la bomba de calor.

6. Se sabe que un refrigerador que tiene un coeficiente de desempeño de 1.2 elimina 1.2 kWh de energía del espacio refrigerado por cada kWh de electricidad que consume. Si un refrigerador doméstico con un COP de 1.2 quita calor del espacio refrigerado a una tasa de 60 kJ/min; determinar la potencia eléctrica que consume el refrigerador y la tasa de transferencia de calor al aire de la habitación en el que se encuentra (la cocina).

7. Vapor a 6000 kPa y 500°C entra en una turbina adiabática de flujo estable (permanente/estacionario) y se expande en este dispositivo mientras realiza trabajo hasta que la presión es de 1 MPa. Determinar el trabajo de salida de la turbina por unidad de masa de vapor si el proceso es reversible.

8. Un dispositivo de cilindro-émbolo fuertemente aislado contiene 0.05 m 3 de vapor a 300 kPa y 150°C. El vapor se comprime de una manera reversible a una presión de 1 MPa. Determinar el trabajo realizado sobre el vapor durante este proceso.

9. Un recipiente rígido bien aislado contiene 4.5 kg de una mezcla saturada de líquido y vapor a 100 kPa. Inicialmente sólo un cuarto de la masa están en fase vapor, pero después se calienta el sistema hasta que todo el líquido en el recipiente se evapora. Determinar el cambio de entropía del vapor durante este proceso.

10. Una planta de vapor básica consiste de cuatro componentes interconectados, como se muestra en la figura. Estos incluyen una turbina de vapor para producir potencia mecánica de salida en el eje, un condensador que utiliza agua de enfriamiento externa para condensar el vapor en agua líquida, una bomba de agua de alimentación para bombear agua a alta presión y una caldera que es externamente calentada para hervir agua hasta alcanzar el estado de vapor sobrecalentado. Si la energía cinética y potencial no cambian, determinar:

a) La potencia de salida de la turbina y la potencia requerida por la bomba. b) El calor suministrado a la caldera y el calor cedido por el condensador al agua de enfriamiento. c) La eficiencia térmica de la planta, definida como el trabajo neto hecho por el sistema dividido por el calor suministrado a la caldera. La turbina y la bomba son adiabáticas y el condensador intercambia todo su calor con el agua de enfriamiento (resolver cada componente de manera independiente).

11. Un dispositivo aislado de cilindro  – émbolo contiene 5 litros de agua líquida saturada a una presión constante de 150 kPa. Un calentador de resistencia eléctrica dentro del cilindro se enciende ahora y se transfiere una energía de 2200 kJ al agua. Determinar el cambio de entropía del agua durante este proceso a presión constante.

12. Un compresor de aire es movido por una turbina a vapor. El aire al ser comprimido incrementa su entalpía en 300 kJ/kg. El flujo másico del aire a través del compresor es de 0.2 kg/s y el calor transferido del compresor al medio ambiente es de 4 kW. El vapor ingresa a la turbina a 1800 kPa y 250°C, y sale a 100 kPa y 15% de humedad. Si se desprecian los cambios de energía cinética y potencial en ambos dispositivos, y si el proceso en la turbina es adiabático, determinar el flujo de vapor requerido por la turbina para satisfacer la demanda del compresor.

13. Entra vapor de agua a una turbina adiabática a 7 MPa, 600°C y 80 m/s y sale a 50 kPa, 150°C y 140 m/s. Si la turbina produce 6 MW de potencia, determinar el flujo másico de vapor que fluye por la turbina y la eficiencia isentrópica de la turbina.