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NOTA: Resolver la practica en su totalidad, con detalle y en marcando su respuesta.NOTA: Resolver la practica en su totalidad, con detalle y en marcando su respuesta.
1era Ley para Volúmenes de Control1era Ley para Volúmenes de Control
1.1. Vapor a 3 MPa y 400 °C ingresa a una turbina con un caudal de 5 m3/s. UnaVapor a 3 MPa y 400 °C ingresa a una turbina con un caudal de 5 m3/s. Una extracción del 15% del caudal másico de la entrada sale aextracción del 15% del caudal másico de la entrada sale a 600 kPa y 200 ° C. El resto600 kPa y 200 ° C. El resto sale de la turbina a 20 kPa con una calidad del 90% y una velocidad de 20 m/s.sale de la turbina a 20 kPa con una calidad del 90% y una velocidad de 20 m/s. Determine el caudal volumétrico del flujo de extracción y el diámetro del Tubo deDetermine el caudal volumétrico del flujo de extracción y el diámetro del Tubo de salida final.salida final.
Respuesta:Respuesta: ̇ ̇ == 2.2. 656588 ;; == 44 .. 3333
2.2. Una turbina de vapor recibe agua a 15 MPa y 600 ° C a unaUna turbina de vapor recibe agua a 15 MPa y 600 ° C a una velocidad de 100 kg/s, como se muestra en Figura. En lavelocidad de 100 kg/s, como se muestra en Figura. En la sección media, se retiran 20 kg/s a 2sección media, se retiran 20 kg/s a 2 MPa, 350 ° C,MPa, 350 ° C, y el restoy el resto sale de la turbina a 75 kPa y 95% de calidad. Asumiendosale de la turbina a 75 kPa y 95% de calidad. Asumiendo que no hay transferencia de cque no hay transferencia de calor y sin cambios en la energíaalor y sin cambios en la energía cinética, encuentre la potencia decinética, encuentre la potencia de salida total de la turbina.salida total de la turbina.
Respuesta:Respuesta: 91,565 91,565
3.3. Un motor de expansión grande tiene dos flujos de agua aUn motor de expansión grande tiene dos flujos de agua a baja velocidad. Vaporbaja velocidad. Vapor a alta presión ingresa pora alta presión ingresa por el puntoel punto 1 con 2.0 kg/s a 2 MPa, 500 ° C y 0.5 kg/s de agua de1 con 2.0 kg/s a 2 MPa, 500 ° C y 0.5 kg/s de agua de enfriamiento a 120 kPa, 30 ° C entra por el punto 2. Saleenfriamiento a 120 kPa, 30 ° C entra por el punto 2. Sale un único flujo en el punto 3 con 150un único flujo en el punto 3 con 150 kPa, 80% de calidad,kPa, 80% de calidad, a través de un tubo de escape de 0,15 m de diámetro. Haya través de un tubo de escape de 0,15 m de diámetro. Hay una pérdida de calor de 300 kW. Encuentre la velocidaduna pérdida de calor de 300 kW. Encuentre la velocidad de escape y la potede escape y la potencia de salida del motor.ncia de salida del motor.
Respuesta:Respuesta: 131,2131,2 ;1056 ;1056
4.4. Una propuesta para el uso de energía geotérmica para propulsar una turbina esUna propuesta para el uso de energía geotérmica para propulsar una turbina es
explicada en la figura:explicada en la figura:
FACULTAD DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA
INGENIERIA MECANICA, ELECTROMECA,INGENIERIA MECANICA, ELECTROMECA,
MECATRONICA Y AUTOMOTRIZMECATRONICA Y AUTOMOTRIZ
TERMODINATERMODINAMICAMICA MEC315MEC
PRACTICA 2do ParcialPRACTICA 2do Parcial
El agua se halla a una presión de 1.5 MPa, 180El agua se halla a una presión de 1.5 MPa, 180 ℃℃ y es estrangulada por una válvulay es estrangulada por una válvula
y luego expansionada en una cámara de evaporación instantánea que trabaja a unay luego expansionada en una cámara de evaporación instantánea que trabaja a una presiónpresión dede 400400 kPa.kPa. EnEn lala cámaracámara elel líquidolíquido eses desechado,desechado, mientrasmientras queque elel vaporvapor saturado alimenta a la turbina y sale de ella a 10 kPasaturado alimenta a la turbina y sale de ella a 10 kPa con una ccon una calidad igual al 90%. Sialidad igual al 90%. Si la turbina genera 1MW, hallar el flujo másico requerido de agua geotérmica en kg/s.la turbina genera 1MW, hallar el flujo másico requerido de agua geotérmica en kg/s.
Respuesta:Respuesta: ̇̇ ==^3434 ,2,2^44 ⁄⁄^ ^
5.5. Entra vapor a una turbina de flujo uniforme con un flujo másico de 20 kg/s a 600 °C,Entra vapor a una turbina de flujo uniforme con un flujo másico de 20 kg/s a 600 °C, 5 MPa, y una velocidad despreciable. El vapor se expande en la turbina hasta vapor5 MPa, y una velocidad despreciable. El vapor se expande en la turbina hasta vapor saturado a 500 kPa, de donde 10 por ciento del vapor se extrae para algún otro uso.saturado a 500 kPa, de donde 10 por ciento del vapor se extrae para algún otro uso. El resto del vapor continúa expandiéndose a la salida de la turbina, donde la presiónEl resto del vapor continúa expandiéndose a la salida de la turbina, donde la presión es 10 kPa y la calidad es de 85 por ciento. Si la turbina es adiabática, determine laes 10 kPa y la calidad es de 85 por ciento. Si la turbina es adiabática, determine la tasa de trabajo realizado por el vapor durante este proceso.tasa de trabajo realizado por el vapor durante este proceso.
Respuesta:Respuesta: 2779027790 [[]]
2da Ley de la termodinámica2da Ley de la termodinámica
1.1. Una máquina térmica de Carnot recibe calor a 800 K y rechaza el calor residual alUna máquina térmica de Carnot recibe calor a 800 K y rechaza el calor residual al ambiente a 300 K. La salida de la máquina térmica se utiliza para impulsar unambiente a 300 K. La salida de la máquina térmica se utiliza para impulsar un refrigerador Carnot que elimina el calor del espacio enfriado a -20°C a una velocidadrefrigerador Carnot que elimina el calor del espacio enfriado a -20°C a una velocidad de 400 kJ/min y lo rechade 400 kJ/min y lo rechaza al mismo ambiente a 300za al mismo ambiente a 300 K. Determine a) la tasa de cK. Determine a) la tasa de caloralor suministrada a la máquina térmica y b) la tasa total de rechazo de calor a lossuministrada a la máquina térmica y b) la tasa total de rechazo de calor a los alrededores.alrededores.
Respuesta:Respuesta: ) 118,9) 118,9 ;) ,;) ,
2.2. Se ejecuta un ciclo de Carnot estándar de aire en un sistema cerrado entre los límitesSe ejecuta un ciclo de Carnot estándar de aire en un sistema cerrado entre los límites de temperatura de 350 K y 1200 K. La presión antes y después de la compresiónde temperatura de 350 K y 1200 K. La presión antes y después de la compresión isotérmica son 150 kPa y 300 kPa respectivamente. Si la producción neta de trabajoisotérmica son 150 kPa y 300 kPa respectivamente. Si la producción neta de trabajo por ciclo es de 0.5 kJ,por ciclo es de 0.5 kJ, determine a) la presión máxima en el ciclo, b) la transferedetermine a) la presión máxima en el ciclo, b) la transferenciancia de calor al aire y c)de calor al aire y c) La masa de aire. Asumir el aire como gas ideal.La masa de aire. Asumir el aire como gas ideal.
Respuesta:Respuesta: ) 22,4) 22,4 [[]];;) 70) 706 ;6 ;) 0,) 0, 002002 96 96
3.3. Se propone calentar una casa en invierno utilizando una bomba de calor. La casa seSe propone calentar una casa en invierno utilizando una bomba de calor. La casa se tiene que mantener a una temperatura de 20 °C todo el tiempo. Cuando el ambientetiene que mantener a una temperatura de 20 °C todo el tiempo. Cuando el ambiente del exterior cae a -10 °C, se pierde calor a través de las paredes de la casa a razón dedel exterior cae a -10 °C, se pierde calor a través de las paredes de la casa a razón de 25 kW. ¿Cuál es la mínima potencia eléctrica requerida para poner en marcha la25 kW. ¿Cuál es la mínima potencia eléctrica requerida para poner en marcha la bomba de calor?bomba de calor? Respuesta: 2.56 kWRespuesta: 2.56 kW
4.4. Una bomba de calor calienta una casa en invierno y luego la enfría en verano. LasUna bomba de calor calienta una casa en invierno y luego la enfría en verano. Las temperaturas ideales dentro de la casa deben ser de 20ºC en invierno y 25ºC entemperaturas ideales dentro de la casa deben ser de 20ºC en invierno y 25ºC en verano. Las pérdidas de calor por ventanaverano. Las pérdidas de calor por ventanas, techo, piso y paredes se estiman en 24000s, techo, piso y paredes se estiman en 24000 kJ/hr-ºC por cada grado de diferencia entre el interior y el exterior.kJ/hr-ºC por cada grado de diferencia entre el interior y el exterior. a)a) Si en invierno la temperatura es deSi en invierno la temperatura es de 0ºC ¿Cuál es a potencia mínima0ºC ¿Cuál es a potencia mínima requerida para operar la bomba de calor?requerida para operar la bomba de calor?
b)b) Usando la potencia obtenida en el inciso ¿Cuál sería la máxima temperaturaUsando la potencia obtenida en el inciso ¿Cuál sería la máxima temperatura exterior de tal manera que la temperatura interior se mantenga a 25ºC?exterior de tal manera que la temperatura interior se mantenga a 25ºC?
Respuesta:Respuesta: ) 9,10) 9,10^ [[]];) 45.16;) 45.16^ ℃℃
5.5. Una maquina térmica que opera en un ciclo es mostrada enUna maquina térmica que opera en un ciclo es mostrada en la figura1. ¿es este ciclo reversible, irreversible, o imposible?la figura1. ¿es este ciclo reversible, irreversible, o imposible?
6.6. UnaUna plantaplanta generagenera 150150 MWMW dede potenciapotencia eléctrica.eléctrica. LaLa máquinamáquina térmicatérmica utilizautiliza unun suministrosuministro dede 10001000 MWMW proveniente de una fuente geotérmica y desecproveniente de una fuente geotérmica y desecha energía a laha energía a la atmosfera. Encontrar la potencia desechada al aireatmosfera. Encontrar la potencia desechada al aire y cuanto de aire debey cuanto de aire deberá fluir por lará fluir por la
torre de enfriamiento (kg/s) si la temperatura del mismo no puede incrementarsetorre de enfriamiento (kg/s) si la temperatura del mismo no puede incrementarse másmás de 10°C.de 10°C. Respuesta: 850 MW, 84661 kg/sRespuesta: 850 MW, 84661 kg/s 7.7. Un refrigerador real opera con un COP que es laUn refrigerador real opera con un COP que es la mitad al COP de un ciclo de Carnot.mitad al COP de un ciclo de Carnot. El refrigerador remueve 10kW de energía en forma de calor desde un reservorio frioEl refrigerador remueve 10kW de energía en forma de calor desde un reservorio frio que se halla a 250K y lo desecha a la atmosfera que se halla a 300K. Determinar elque se halla a 250K y lo desecha a la atmosfera que se halla a 300K. Determinar el trabajo neto consumido por el refrigerador.trabajo neto consumido por el refrigerador.
Ciclos de RefrigeraciónCiclos de Refrigeración
1.1. Un ciclo simple de refrigeración por compresión, como se muestra en la figura, operaUn ciclo simple de refrigeración por compresión, como se muestra en la figura, opera concon freónfreón 1212 comocomo fluidofluido dede trabajotrabajo bajobajo laslas siguientessiguientes condiciones:condiciones:
EstadoEstado 1:1: vaporvapor saturado.saturado. determinardeterminar elel coeficientecoeficiente dede performanceperformance dede esteeste refrigerador.refrigerador.
calor al cuarto calentado si esta bomba de calor opera en el ciclo ideal por compresióncalor al cuarto calentado si esta bomba de calor opera en el ciclo ideal por compresión de vapor entre los límites de presión de 200 y 800 kPa.de vapor entre los límites de presión de 200 y 800 kPa.
5.5. ConsidereConsidere unun sistemasistema dede refrigeraciónrefrigeración enen cascadacascada dede dosdos etapasetapas queque operaopera entreentre loslos límites de presión de 1.2 MPa y 200 kPa conlímites de presión de 1.2 MPa y 200 kPa con refrigerante 134a como fluido de trabajo. Elrefrigerante 134a como fluido de trabajo. El rechazo de calor del ciclo inferior al superiorrechazo de calor del ciclo inferior al superior tienetiene lugarlugar enen unun intercambiadorintercambiador dede calorcalor adiabáticoadiabático aa contracorrientecontracorriente enen dondedonde laslas presionespresiones enen loslos ciclosciclos superiorsuperior ee inferiorinferior sonson 0.4 y 0.5 MPa, respectivamente. En ambos0.4 y 0.5 MPa, respectivamente. En ambos ciclos el refrigerante es un líquido saturado a laciclos el refrigerante es un líquido saturado a la salida del condensador y un vapor saturado a lasalida del condensador y un vapor saturado a la entradaentrada deldel compresor,compresor, yy lala eficienciaeficiencia isentrópica del compresor es de 80 por ciento. Si el flujo másico del refrigerante enisentrópica del compresor es de 80 por ciento. Si el flujo másico del refrigerante en el ciclo inferior es de 0.15el ciclo inferior es de 0.15 kg/s, determine a) el flujo másico del refrigerante a travéskg/s, determine a) el flujo másico del refrigerante a través del ciclo superior, b) la tasa de remoción del espacio refrigerado y c) el COP de estedel ciclo superior, b) la tasa de remoción del espacio refrigerado y c) el COP de este refrigerador.refrigerador. Respuestas: a) 0.212 kg/s, b) 25.7 kW, c) 2.68Respuestas: a) 0.212 kg/s, b) 25.7 kW, c) 2. 6.6. Una bomba de calor con refrigerante 134a como fluido de trabajo se usa paraUna bomba de calor con refrigerante 134a como fluido de trabajo se usa para mantener un espacio a 25 °C absorbiendo calor de agua geotérmica que entra almantener un espacio a 25 °C absorbiendo calor de agua geotérmica que entra al evaporador a 50 °C a razón de 0.065 kg/s y sale a 40 °C. El refrigerante entra alevaporador a 50 °C a razón de 0.065 kg/s y sale a 40 °C. El refrigerante entra al evaporador a 20 °C con una calidad de 23 por ciento y sale a la presión de entradaevaporador a 20 °C con una calidad de 23 por ciento y sale a la presión de entrada como vapor saturado. El refrigerante pierde 300 W de calor al entorno cuando fluyecomo vapor saturado. El refrigerante pierde 300 W de calor al entorno cuando fluye
por el compresor y el refrigerante sale depor el compresor y el refrigerante sale del compresor a 1.4l compresor a 1.4 MPa a la misma entropíaMPa a la misma entropía que a la entrada. Determine a) los grados de subenfriamiento del refrigerante en elque a la entrada. Determine a) los grados de subenfriamiento del refrigerante en el condensador y b) el flujo másico del refrigerante, c) la carga de calentamiento y elcondensador y b) el flujo másico del refrigerante, c) la carga de calentamiento y el COP de la bomba térmica y d) la entrada mínima teórica de potencia al compresorCOP de la bomba térmica y d) la entrada mínima teórica de potencia al compresor para la misma carga de calentamiento.para la misma carga de calentamiento. Respuestas: a) 3.8 °C, b) 0.0194 kg/s, c) 3.07 kW, 4.68, d) 0.238 kWRespuestas: a) 3.8 °C, b) 0.0194 kg/s, c) 3.07 kW, 4.68, d) 0.238 kW
7.7. Un refrigerador usa refrigerante 134a como fluido de trabajo y opera en elUn refrigerador usa refrigerante 134a como fluido de trabajo y opera en el ciclo idealciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. El refrigerante entra al evaporador a 120de refrigeración por compresión de vapor. El refrigerante entra al evaporador a 120 kPa con una calidad de 30 por ciento y sale del compresor a 60 °C. Si el compresorkPa con una calidad de 30 por ciento y sale del compresor a 60 °C. Si el compresor consume 450 W de potencia, determine a) el flujo másico del refrigerante, b) laconsume 450 W de potencia, determine a) el flujo másico del refrigerante, b) la presión del condensador y c) el COP del refrigerador.presión del condensador y c) el COP del refrigerador. Respuestas: a) 0.00727 kg/s, b) 672 kPa, c) 2.43Respuestas: a) 0.00727 kg/s, b) 672 kPa, c) 2.
EntropíaEntropía
1.1. Se muestra que por uno de los lados de un intercambiador de calor fluye a presiónSe muestra que por uno de los lados de un intercambiador de calor fluye a presión constante de 600 kPa unconstante de 600 kPa un refrigerante R134a con 50% de carefrigerante R134a con 50% de calidad, saliendo como vaporlidad, saliendo como vapor saturado. Por el otro lado pasan 10 kg/min de aire, inicialmente a 110 kPa y 42 °saturado. Por el otro lado pasan 10 kg/min de aire, inicialmente a 110 kPa y 42 °СС yy salen a 105 kPa y 22 °salen a 105 kPa y 22 °С.С. Determinar: a) el flujo másico del refrigerante;Determinar: a) el flujo másico del refrigerante; b) la variaciónb) la variación de entropía específica del refrigerante; c)de entropía específica del refrigerante; c) el cambio de entropía específica del flujoel cambio de entropía específica del flujo de aire, y d)de aire, y d) el cambio de entropía del proceso en conjunto.el cambio de entropía del proceso en conjunto.
6.6. Un bloque de hierro de 50 kg y un bloque de cobre de 20 kg, ambos con temperaturaUn bloque de hierro de 50 kg y un bloque de cobre de 20 kg, ambos con temperatura inicial de 80 °C, se dejan caer en un gran lago a 15 °C. Se establece el equilibrioinicial de 80 °C, se dejan caer en un gran lago a 15 °C. Se establece el equilibrio térmico después de un tiempo como resultado de la transferencia de calor entre lostérmico después de un tiempo como resultado de la transferencia de calor entre los bloques y el agua del lago. Determine el cambio total de entropía para este proceso.bloques y el agua del lago. Determine el cambio total de entropía para este proceso.
7.7. Un huevo ordinario se puede aproximar a una esfera de 5.5 cm de diámetro. El huevoUn huevo ordinario se puede aproximar a una esfera de 5.5 cm de diámetro. El huevo está inicialmente a una temperatura uniforme de 8 °C, y se pone en agua hirviendo aestá inicialmente a una temperatura uniforme de 8 °C, y se pone en agua hirviendo a
9797 °C.°C. TomandoTomando laslas propiedadespropiedades deldel huevohuevo comocomo == 1 1002 20 0 // ==
3.3.32 32 // ∙∙ ℃℃, determine a) cuánto calor se transmite al huevo en el tiempo en que, determine a) cuánto calor se transmite al huevo en el tiempo en que
la temperatura promedio del huevo sube a 70 °C y b) la cantidad de generación dela temperatura promedio del huevo sube a 70 °C y b) la cantidad de generación de entropía asociada con este proceso de transferencia térmica.entropía asociada con este proceso de transferencia térmica.
