Problema 3

La salida de potencia de una turbina de vapor adeabatica es 5Mw mientras que las condiciones de entrada y salida del vapor de agua son como se indican en la figura. Determine: a)El trabajo hecho por unidad de masa del vapor de gua que fluye por la turbina. b) calcule el flujo masico del vapor.

Problemas propuestos

Problema 1

En el difusor de un motor de propulsion entra d eforma estacionaria aire a 10⁰C y 80KPa con una v=200m/s. El area de entrada al difusor es de 0.4m². El aire que sale del difusor con una velocidad que es muy pequeña comparada con la velocidad de entrada. Determine: a)flujo masico del aire, b)temperartura que sale del difusor.

"Balance de masa y energia en sistemas abiertos"

"Balance de masa y energia en sistemas abiertos"

Problema 5

Un dispositivo que consta de cilindro-embolo contiene inicialmente 0.5m³ a 400KPa Y una temperatura de 27⁰C. Dentro del dispositivo se enciende un calentador electrico el cual pasa una corriete de 2 Amp. Durante 5min. Desde una fuente de 120v. el Nitrogeno se a presion constante y ocurre una perdida de calor de 2800J durante el proceso. Determine la temperatura final del Nitrogeno.

Nitrogeno N₂
Estado 1	Estado 2	I=2 Amp
P=400 KPa	P₂=400KPa	t=300s
T=27⁰C	T₂=?	V=120v
V=0.5m³		Q=2800J

Problema 3

En un dispositivo de cilindro-embolo se expande 25gr de vapor de agua saturado a una presion constante de 300Kpa. Se enciende un calentador de resistencia electrica dentro del cilindro y pasa una corriente de .2 Amp durante 5 min. Desde una fuente de 120 V. Al mismo tiempo ocurre una perdida d ecalor de 3.7KJ. determine la temperatura final del vapor.

Agua
Estado 1→Vapor sobrecalentado	Estado 2→?
P1=300 Kpa	P2=300 KPa
m=25gr	x=?
I=0.2 Amp	h₂=2864.9 KJ/kg
V=120V	T₂=?
Δt=300s

 Problema 2

Un recipiente rigido de 1pie³ contiene refrigerante R-134ª a -20⁰F y una calidad “X”=22.7%. A continuacion se calienta el refrigerante  hasta una t=100⁰F. Calcule la transferencia de calor necesaria para este proceso.

R-134a
V	1 pie³
T1	-20 ⁰F
T2	100 ⁰F
X	27.7%

Problema 1.

Se condensa vapor-saturado isotermicamente a 200⁰C hasta liquido-saturado en un dispositivo de cilindro-embolo. Calcule el calor transferido y el trabajo efectuado durante en este proceso en KJ/kg.

Estado 1→ Vapor saturado

Estado 2→Liquido saturado

Vg@200⁰C=0.12721 m³/kg

Vef@200⁰C=0.001157 m³/kg

Problema 2.

En cierta estufa de gasolina para acampar 30% de la energia liberada al quemar el combustible calienta el agua de la olla en la estufa. Si calentamos 1Lt de agua de 20 a 100⁰C y evaporamos .25 de ella, ¿Cuánta gasolina habremos quemado?

*1gr de gasolina libera 46000J

1Lt de agua de 20 a 100⁰C

magua=.25kg

1gr de gasolina=46000J

Qagua=4190J/kgK

δ =720kg/m³

Lv=2.256 J/kg

Problema 1.

Una olla gruesa de cobre de 2kg(incluyendo la tapa) esta a una t=150⁰. Usted vierte en ella 0.10kg de agua a 25⁰C y rapidamente tapa la olla para que no pueda escapar el vapor. Calcule la temperatura final del vapor y de su contenido y determine la fase liquido  o gas del agua suponga que no se pierde calor al entorno.

Cu=390J/kgK

H₂O=4190J/kgK

Lv=2.556x10⁶J/kg

Supocisiones a comprobar:

Ejemplo 1.

Al inicio un dispositivo de cilindro-embolo contiene .4m³ de aire a 100KPa y 80⁰C. Se comprime el aire a 0.1m³ de tal manera que la temperatura dentro del cilinro permanece constante. Determine el trabajo hrcho durante este proceso.

AIRE V₁=0.4m³

V₁=0.4m³

P=100KPa

T=80⁰C

V₂=0.1m³

Wb=?

2.Por un tubo para gas de dioxido de carbono a 3MPa y 500K, en flujo constante de 0.4kmol/s. Determine: a)Las tazas de flujo de volumen y de masa y la densidad d el dioxido de carbono en dicho estado. Si el dioxido de carbono se enfria a una presion constante al pasar por el tubo de modo que su temperatura baje a 450K a la salida. Determine: b)La taza de flujo volumetrico a la salida d el tubo.

CO²	M=44.01kg/mol
	R=.1889KJ/kgK o KPa/m³kg
P₁=	3MPa
T₁=	300K
Flujo=	0.4Kmol/s
T₂=	450K
δCO₂=

"Modelo gas ideal"

Ejercicio 2.

Un recipiente rigido contiene al principio 1.4kg de agua saturada a 200⁰C. En estado el agua ocupa el 25% del volumen y el aire el resto. Se sumonistra calor al agua hasta que el recipiente contiene solo vapor saturado. Determine: a)El volumen del recipiente, b)La temperatura y la presion finales, c)el cambio de energia interna del agua.

magua=1.4kg

T=200⁰C

Ʋf=850.46m³/kg

Vef=0.001157m³/kg

Vagua=25%=.25

"Problemas propuestos para Unidad 2"

Ejercicio 1.

Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 0.85kg de R134-a a un temperatura t=-10⁰C. El embolo tiene movimiento libre, tiene una masa de 12kg y un diametro de 25cm. La presion atmosferica local es de 88KPa. Si se trasfiere calor al refrigerante hasta que la temperatura sea de 15⁰C. Determinar: a)Presion final, b)El cambio de volumen en el cilindro, c)El cambio en la entalpia del R134-a.

mR134-a=.85kg

T₁=-10⁰C

mdisp.=12kg

ddisp.=25cm

Patm=88KPa

T₂=15⁰C

Unidad 2. "Propiedades de las sustancias puras"

1.Un recipiente rigido contiene 50kg de agua saturada a 90⁰C. Determine la presion en el recipiente y el volumen del mismo.

Tabla A-11

P=Psat@90⁰C=70.183KPa

Ve=v/m→     v=(Vf@90⁰C)(m)→    v=(0.001036m³/kg)(50kg)=0.0518m³

2.Una masa de 250L de liquido saturado se evapora por completo a una presion constante de 100KPa. Determine:   a)El cambio de volumen,  b)El cambio de enrgia transferida al agua.

a)ΔV=m(Vg-Vf)=0.3386m³

b)m(hg)=451.5 KJ

“mezcla saturada liquido-vapor”

Calidad o titulo= “x” =mg/mTotal→     mTotal=mf+mg

            Ejemplo: V=Vf+Vg→     Ve=v/m→v=(m)Ve

(mTotal )(Ve prom.)   =  (mf)(Vef+(mg)Vg               →Ve prom.= (mf)(Vef+(x)Vg               

             mTotal                            mTotal                                                          mTotal

mf=mTotal-mg

Ve prom.=(1-X) Vef+ xVeg

Ve prom.= Vef+xVfg

Vfg=Veg-Vef

Formula general: Yf+xYfg     ∴     y=Vef₁ u₁ h        

→x= Y-Yf/Yfg→para calcular la calidad cuando no se tenga el valor de la masa.

A)Un recipiente de 80L contiene 4kg de refrigerante 134-a a una presion de 160Kpa Determine: a) temperatura(T), b)calidad(x), c)entalpia del refrigerante(ɧ), d)volumen que ocupa la fase de vapor.

sustancia	R 134-a
m=	4kg
P=	160KPa
V=	80L

Ve=v/m→    .08L/4kg=.02m³/kg

Tabla A-12

Vf @160 KPa→ 0.0007437m³/kg

Vg @160KPa→ 0.12348 m³/kg

Vf<Ve<Vg     →Tabla A-12→  Vapor humedo

a)Temperatura      T=Tsat @160KPa= -15.6⁰C

b)Calidad    x=v-Vf/Vfg    →

x=[(0.02-0.0007437m³/kg)]/ [(0.12348-0.0007437m³/kg)]=0.157

c)Hentalpia  ɧ=hfc @160KPa+xfg @160MPa→

ɧ=(31.21KJ/kg)+(0.157)(209.9KJ/kg)=64.16KJ/kg

d)Vg=mg Veg→      Veg=xmg→            Veg=(0.157)(4kg)( 0.12348 m³/kg)=0.0775m³ o  77.5L

B)Un recipiente de 0.5m³ contiene 10kg de R134-a a-20⁰C. Calcule: a)presion(P), b)energia interna(Ʋ), c) el volumen de la fase liquida.

sustancia	R134-a
T=	-20⁰C
m=	10kg
v=	.5m³

a)P =132.83KPa

b)Ʋ=Uf @T→    Ʋ=(25.39)(-20⁰C)=-507.KJ/kg

c) Vg= xmg→    (3.4)(10kg)(0.14729m³/kg)=5m³

x=v-Vf/Vfg→    [(.5m³)-(0.0007362m³/kg)]/[(0.14729-0.0007362m³/kg)]=3.40

“vapor sobrecalentado”	“ liquido sobrecalentado”
P<Psat a una T dada	P>Psat  a una T dada
T>Tsat a una P dada	T<Tsat a una P dada
Ve>Veg a una T o P dada	Ve<Vef  a una P o T dada
Ʋ>Ʋg a una T o P dada (energia interna)	Ʋ<Ʋf a una P o T dada
ɧ>ɧg a una T o P dada (entapia)	ɧ<ɧf a una P o T dada

Aproximacion a liquido saturado<5

Y≈Yf @ T            →Y= ɧ,Ʋ,Ve

Tabla A-4,A-4E

Tabla A-11,A-11E

Un vapor a 120BAR tiene un volumen especifico de 0.01721m³/kg, encuentre la temperatura, la entalpia y la energia interna.

P=125BAR      1BAR=100KPa=125MPa

Ve=01721m³/kg

Tabla A-5

Vef  @125MPa=0,001546m³/kg

Veg @125MPa=0.01353m³/kg

Ve→Veg→Vapor saturado

Tabla A-6