Balance de Masas y Energia

 

 

Carrera de Ingeniería Geográfica y del Medio Ambiente BALANCE DE MASAS Y ENERGIA NOMBRE: MÓNICA MORALES FECHA: 2018-02-14

Deber Macro L i br o Cengel, Cengel, 7ma 7ma Ed E di ción, Ca C apí tu tulo lo 3 3-1C ¿Cuál es la diferencia entre líquido saturado y líquido comprimido? 

El líquido saturado es aquel que está a punto de evaporarse, mientras que el líquido comprimido no. 3-2C ¿Cuál es la diferencia entre vapor saturado y vapor sobrecalentado? 

El vapor saturado es aquel que está a punto de condensarse, mientras que el vapor sobrecalentado no. 3-3C ¿Hay diferencia entre las propiedades intensivas del vapor saturado a determinada temperatura, y del vapor que forma parte de un vapor húmedo a la misma temperatura?

 No hay diferencia, ya que los dos tipos de vapor contienen moléculas de de agua en su masa. 3-4C Si aumenta la presión de una sustancia durante un proceso de ebullición ¿aumentará también la temperatura, o permanecerá constante? c onstante? ¿Por qué?

Si aumentaría la temperatura, ya que la temperatura de ebullición o saturación de una sustancia depende de la presión. 3-5C ¿Por qué la temperatura y la presión son propiedades interdependientes en la región de vapor húmedo?

Porque una propiedad no puede variar mientras la otra se mantenga constante, si una de estas cambia la otra también. 3-6C ¿Cuál es la diferencia entre punto crítico y punto triple?

El punto crítico del estado líquido saturado y vapor saturado son idénticos. En el punto triple las tres fases de una sustancia pura coexisten coe xisten en equilibrio. 3-7C ¿Es posible tener vapor de agua a  – 10 10 °C?

Si, con una presión muy baja.

 

 

3-8C Una señora cocina carne para su familia, f amilia, en una cacerola a) destapada, b) tapada con una tapa ligera y c ) tapada con una tapa pesada. ¿En cuál caso será más corto el tiempo de cocinado? ¿Por qué?

En la de tapa pesada, porque mientras más pesada sea la tapa, mayor será la presión en la olla y  por lo tanto mayor será la temperatura de cocido. 3-9C ¿En qué difiere el proceso de ebullición a presiones supercríticas del proceso de ebullición a presiones subcríticas?

A presiones supercríticas, no hay un proceso de cambio de fase, el líquido es uniforme y se expande gradualmente en un vapor. A presiones subcríticas, siempre hay una superficie distinta entre las fases. 3-10C Una olla con tapa que ajusta perfectamente, se pega con frecuencia después de cocinar, y es muy difícil destaparla cuando la olla se enfría. Explique por qué sucede eso, y qué haría para quitar la tapa.

Se crea un vacío en el interior de la olla por la temperatura por lo tanto esto disminuye la presión de saturación dentro de la olla. Para quitar la tapa fácilmente habría que calentar la olla. 3-12C ¿Debe ser igual la cantidad de calor absorbido cuando hierve 1 kg de agua saturada a 100 °C, a la cantidad de calor desprendido cuando se condensa 1 kg de vapor húmedo a 100 °C?

Sí, de lo contrario se puede crear energía alternativa por vaporización y condensación de una sustancia. 3-13C ¿Tiene algún efecto el punto de referencia seleccionado para una sustancia, sobre un análisis termodinámico? ¿Por qué?

 No, porque en el análisis termodinámico se ocupan de los cambios en las propiedades y los cambios son independientes al estado de referencia seleccionado. 3-14C ¿Cuál es el significado físico de hfg? ¿Es posible obtenerlo a partir de hf y hg? ¿Cómo?

El término hfg representa la cantidad de energía necesaria para evaporar una masa unitaria de líquido saturado a una temperatura o presión especifica. Se puede determinar a partir de la diferencia entre hg y hf. 3-15C ¿Cambia hfg con la presión? ¿Cómo cambia?

Si, disminuye con el aumento de la presión y se convierte en cero a presión crítica. 3-16C ¿Es cierto que se necesita más energía para evaporar 1 kg de agua líquida saturada a 100 °C que a 120 °C?

Sí, cuanto mayor sea la temperatura menor es el valor hfg. 3-17C ¿Qué es la calidad? ¿Tiene algún significado en la región de vapor sobrecalentado?

La calidad es la fracción de masa del vapor en una mezcla saturada líquido-vapor. No tiene ningún significado en la región de vapor sobrecalentado porque no tiene moléculas de agua.

 

  3-18C ¿Qué proceso requiere más energía: evaporar por completo 1 kg de agua líquida saturada a 1 atm de presión o evaporar por completo 1 kg de agua líquida saturada a 8 atm de presión?

Evaporar completamente 1 kg de líquido saturado a 1atm de presión ya que a mayor presión, es menor el hfg. 3-19C ¿Se puede expresar la calidad de un vapor como la relación del volumen ocupado por la fase vapor entre el volumen vol umen total? Explique por qué.

 No, la calidad es una relación de masa y no es idéntica a la proporción de volumen. volumen. 3-20C En ausencia de tablas de líquido comprimido, ¿cómo se determina el volumen específico de un líquido comprimido a determinadas condiciones de P y T ?

El líquido comprimido se puede aproximar como un líquido saturado a cierta temperatura dada. 3-22 Complete esta tabla para H2O:

T , ° C P , kP kPa a u, kJ /kg D escrip scri pción de fase Líquido subenfriado 782  300  30 0 8587,9 75,86

 50  500 0 400

40 120 400

317,58 3132,2 2964,9

Líquido saturado

Vapor sobrecalentado Vapor sobrecalentado

 

  3-24E Complete esta tabla para H2O:

T, ° F  300  30 0 267,22

 500  500 400

P , psi sia a u, B tu/lb tu/lbm m D escri scri pci ció ón de fase 67,028

782

Vapor húmedo

40 120 400

236,02 1174.4 374,19

Líquido saturado

Vapor sobrecalentado Líquido subenfriado

3-26 Complete esta tabla para el H2O:

T, ° C

P, kP kPa a h, kJ /kg

X

D escr scr i pción de fa fase se Vapor húmedo Vapor húmedo Líquido saturado Líquido comprimido Vapor sobrecalentado

120,21

200

2045,823

0,7

140

361,53

1800

0,56

177,66

950 500 800

752,74 335,02

0

80 350

3162,2

-

 

 

 =  + ( −)    = = 2045, 504,,78123+ 0,/ 504 7 2706, 3 −504, 7 1 1     

 =  + ( − )  18 =00,=589, 1800 589,16+ 16 +  2733,5−589,166   

 

  3-28 Si se proporcionan suficientes datos, complete las celdas c eldas vacías en la siguiente tabla de propiedades del agua. En la última columna, describa la condición del agua como líquido comprimido, mezcla saturada, vapor sobrecalentado, o información insuficiente; y, si es aplicable, indique la calidad.

T, °C

P, kPa

h, kJ/kg

v, m^3/kg

D escri scr i pci ció ón de la condici condició ón y calid cali dad ( si es apli aplica cab ble) le)

120,21

200

2706,3

0,88578

Vapor saturado, x=1

0,43463 0,001004 -

Vapor húmedo, x=0,650 Líquido comprimido Información insuficiente

130 270,28 1959,298 125,74 800  30 147,90 450

 =  + ( − )     == 546, 546 , 3 8 + 0, 65 6 5 2720, 1 −546, 3 8 8    1959,298 /    == 0,0 +0107+0, ( −655)0,  668−0,00107  0107     = 0,43463 /  

 

 

3-38E Una libra-masa de agua llena un dispositivo cilindro émbolo de peso conocido de 2.4264 pies3, a una temperatura de 600 °F. El dispositivo cilindro-émbolo se enfría ahora hasta que su temperatura es 200 °F. Determine la presión final del agua, en psia, y el volumen en pies3.

 == ,   ,        == ° °      = 2,4264     = 250      = ,   

 

   

 

3-40E Una libra-masa de agua llena un contenedor cuyo volumen es 2 pies3. La presión en el contenedor es 100 psia. Calcule la energía interna total y la entalpía en el contenedor.

 ==   =            = 298,19   = 0,01774          = 1105, 5  = 4,4327      =  + ( −)  2  = 0,01774  +  4,4327   −0,01774      = 0,44898     

 

 

  ℎ = 298,51    ℎ = 1187,5 

 

 

 =  + ( − )   −298,19    = 298,19  +0,448981105,5    = 660,656    =  + ( − )      ℎ = 697, 298,6551  +0, −298, −298, 5 1      +0,448981187,5   3-41 Tres kilogramos de agua en un recipiente ejercen una presión de 100 kPa, y tienen 250 °C de temperatura. ¿Cuál es el volumen de este recipiente?

 ==    = °    = 2,4062     = 2,4062 062    ∗ 3 = = 7,2186    

 

 

3-44 Agua, inicialmente a 300 kPa y 250 °C, está contenida en un dispositivo cilindro-émbolo provisto de topes. Se deja enfriar el agua a presión constante hasta que adquiere la calidad de vapor saturado, y el cilindro está en reposo en los l os topes. Luego, el agua sigue enfriándose hasta que la presión es de 100 kPa. En el diagrama T-v , con respecto a las líneas de saturación, las curvas de proceso pasan tanto por los estados inicial e intermedio como por el estado final del agua. Etiquete los valores de T , P y v para los estados finales en las curvas del proceso. Encuentre el cambio total en energía interna entre los estados inicial y final por unidad de masa de agua.

 ==   °   =   =  1 = 2728,9      2 = 0,60582    

 

 

   

 

 

 =  + ( − )    0, =6058 0582 2 = 0, 0 010 01043 43+ +  1, 6 941−0, 0 01043 01043   0,357   =  + ( −  )  3 = 417,4+0,357 57 2505,6−417,4  3 = 1163,3     1565,598    Δ = 2728, 2728,9 − 1163, 1163,3 == 1565, 3-46 Una persona cocina en una olla de 30 cm de diámetro, cuya tapa está bien ajustada, y deja que el alimento se enfríe hasta la temperatura ambiente de 20 °C. La masa total de alimento y olla es 8 kg. Entonces, la persona trata de abrir la olla, tirando de la tapa hacia arriba. Suponiendo que no haya entrado aire a la olla durante el enfriamiento, determine si la tapa se abrirá o la olla subirá junto con la tapa.

 == °   =    =392 2339,2   = 2, 3  =  =  − ∗ ∗    ∗0,  ∗ 0, 3  = 1013 10132525−− 2339 2339,,2 ∗ 4    = 6996,89   1 =   9,8 1 = 8 ∗   = 78,4    

   

 

El peso de la cacerola y su contenido es mucho menor que la fuerza de reacción de 6997 N. Por lo tanto, la cacerola se moverá hacia arriba junto con la tapa cuando la persona intenta abrir la cacerola levantando la tapa para arriba.