UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Termodinámica IEjercicios propuestos tercer parcial

Del texto: Termodinámica de Cengel 6ª edición, se proponen los siguientes ejercicios:

4-39 Un dispositivo aislado de cilindro-émbolo contiene 5 L de agua líquida saturada a una presiónconstante de 175 kPa. Una rueda de paletas agita el agua, mientras que pasa una corriente de 8 Adurante 45 minutos, por una resistencia colocada en el agua. Si se evapora la mitad del líquido duranteeste proceso a presión constante y el trabajo de la rueda de paletas es 400 kJ, determinar el voltaje desuministro. Mostrar el proceso en un diagrama P-v con respecto a las líneas de saturación.

4-42 Dos tanques A y B están separados por una división. En un principio el tanque A contiene 2 kg devapor de agua a 1 MPa y 300 ⁰C, mientras que el tanque B contiene 3 kg de vapor húmedo de agua a 150⁰C con 50 % de fracción de masa de vapor. Entonces se quita la división y se deja mezclar los dos lados,hasta que se establece el equilibrio mecánico y térmico. Si la presión del estado final es 300 kPa,determinar:

a. La temperatura y la calidad del vapor (si es un vapor húmedo) en el estado final.b. La cantidad de calor perdida de los tanques.

4-62E Calcular el cambio de entalpía del Oxígeno Δh, en BTU/lbm, cuando se calienta de 800 a 1500 R,usando:

a. La ecuación empírica de calor específico en función de la temperatura (Tabla A-2Ec)b. El valor de Cp a la temperatura promedio (Tabla A-2Eb)c. El valor de Cp a la temperatura ambiente (Tabla A-2Ea)

4-66 Se va a calentar un recinto de 4m x 5m x 6m con un calentador eléctrico. Se desea que el calentadoreleve la temperatura del recinto de 7 a 23 ⁰C en 15 minutos. Suponiendo que no hay pérdidas de calordel recinto y que la presión atmosférica sea 100 kPa, calcular la potencia requerida en el calentador.Suponer que los calores específicos son constantes a la temperatura ambiente.

4-79 Una masa de 15 kg de aire en un dispositivo de cilindro-émbolo se calienta de 25 a 77 ⁰C, haciendopasar corriente por un calentador de resistencia en el interior del cilindro. La presión dentro del cilindrose mantiene constante en 300 kPa durante el proceso y hay una pérdida de calor de 60 kJ. Determinarlos kWh de energía eléctrica suministrada.

5-18 A un tubo de 28 cm de diámetro entra refrigerante 134a a las condiciones constantes de 200 kPa y20 ⁰C con una velocidad de 5 m/s. El refrigerante gana calor al pasar y sale del tubo a 180 kPa y 40 ⁰C.Determinar:

a. El flujo volumétrico del refrigerante en la entrada.b. El flujo de masa del refrigerante.c. La velocidad y el flujo volumétrico en la salida.

5-31 A una tobera entra aire constantemente a 300 kPa, 200 ⁰C y 30 m/s y sale a 100 kPa y 180 m/s. Elárea de entrada de la tobera es 80 cm2. Determinar:

a. El flujo de masa por la tobera.b. La temperatura del aire a la salida.c. El área de salida de la tobera.

5-52 Por una turbina adiabática pasa un flujo estacionario de vapor de agua. Las condiciones iniciales delvapor son 10 MPa, 450 ⁰C y 80 m/s en la entrada, y en la salida son 10 kPa, 92 % de calidad y 50 m/s. Elflujo de masa del vapor es 12 kg/s. Determinar:

a. El cambio de energía cinética.b. La potencia desarrollada por la turbina.c. El área de entrada de la turbina.

5-71 Se estrangula vapor de agua a través de una válvula bien aislada de 8 MPa y 500 ⁰C hasta 6 MPa.Determinar la temperatura final del vapor.

5-83E En un sistema de calefacción con vapor de agua, el aire se calienta al pasar sobre algunos tubos yel vapor de agua fluye por el interior continuamente. El vapor entra al intercambiador de calor a 30 psiay 400 ⁰F a la tasa de 15 lbm/min y sale a 25 psia y 212 ⁰F. El aire entra a 14,7 psia y 80 ⁰F y sale a 130 ⁰F.Determinar el flujo volumétrico de aire en la entrada.

5-94 Un sistema de acondicionamiento de aire implica mezclar aire frío y aire caliente del exterior, antesde que la mezcla entre al recinto acondicionado, de una manera estacionaria. A la cámara mezcladoraentra aire frío a 5 ⁰C y 105 kPa con un flujo de 1,25 m3/s, mientras que el aire caliente entra a 34 ⁰C y 105kPa. La mezcla sale del recinto a 24 ⁰C. La relación de flujos de masa de aire caliente a frío es 1,6. Usarcalores específicos variables para determinar:

a. La temperatura de la mezcla en la entrada al recinto.b. La tasa de ganancia de calor en el recinto.

5-113 Una secadora de cabello no es más que un ducto donde hay varias resistencias eléctricas. Unventilador pequeño impulsa al aire y lo hace circundar las resistencias, donde se calienta. A una secadorade cabello de 1200 W entra aire a 100 kPa y 22 ⁰C y sale a 47 ⁰C. El área transversal de la salida de lasecadora es de 60 cm2. Despreciando la potencia consumida por el ventilador y las pérdidas de calor através de las paredes de la secadora, determinar:

a. El flujo volumétrico del aire en la entradab. La velocidad del aire a la salida.