Ejercicio 4

 

La presente investigación trata de:  análisis de masa y de energía de volúmenes de control.  

Adquirir conocimiento sobre análisis de masa y de energía de volúmenes de control.  

La falta de conocimiento del tema sobre  análisis de masa y de energía de volúmenes de control.  

Adquirir conocimiento científico sistematizado.

Revisión de la literatura, literatura, ya que analiza y discute informes generalmente científicos publicados en un área del conocimiento.

Ejercicio 1 Expansión del refrigerante 13ª en un refrigerador

Al tubo capilar de un refrigerados entra refrigerante 134ª como liquido saturado a 0.8 MPa, el cual se estrangula a una presión de 0.12 MPa. Determine la calidad del refrigerante en el estado final y la disminución de temperatura durante este proceso.

 

 

  La transferencia de calor desde el tubo es insignificante.



  El cambio de energía cinética del refrigerante es insignificante



La fórmula para hallar el trabajo será:

 = @.  ℎ = ℎ@.   = ℎℎℎ ∆=    = .  ℎ = ℎ.   

 

 

 

 

 

 

 = ℎℎℎ ∆=  

 

 

El refrigerante 134a que entra a un tubo capilar como líquido saturado se hace pasar a través de un dispositivo de estrangulamiento a una presión especificada. Se determinará la calidad del refrigerante y la disminución de temperatura a la salida.

 = 0.0.8  ℎ ==ℎ@.@.  =95.= 431.317.31⁄℃  = 0.0.1212  ℎ  ℎ ℎ =22.49 ⁄ ℎ =236.97  ⁄  = 222.2.3232 ℃ ℎ < ℎ < ℎ

  A la entrada:



  liquido saturado

 

 

  A la salida:



 

(

 

 

 

 

Es evidente que

  así, el refrigerante sale como un vapor húmedo en el

estado de salida. La calidad en este estado es:

 = ℎℎℎ = 236.95.49722.49

 

 

 =0.340

 

 

Como el estado de salida es un vapor húmedo a 0.12 MPa, la temperatura de salida debe ser la temperatura de saturación a esta presión, la cual es

 . Entonces el cambio

22. 3 2 ℃ ∆=   ∆=22.3231.31℃ ∆ = 53.63 ℃

de temperatura para este proceso es:

 

 

 

 

PASO 7: ANALISIS

Un tubo capilar es un simple dispositivo que restringe el flujo, el cual se emplea comúnmente en refrigeración para causar una gran caída de presión en el refrigerante. El flujo por un tubo capilar es un proceso de estrangulamiento; así, la entalpía del refrigerante permanece constante.

Ejercicio 2 Energía transportada por la masa.

Sale vapor de agua de una olla de presión de 4 L cuya presión de operación es 150 kPa (Fig. 516). Se observa que la cantidad de líquido en la olla disminuyó 0.6 L en 40 minutos después de imponerse condiciones estacionarias de operación, y que el área de la sección transversal de la abertura de salida es 8 mm2. Determine a) el flujo másico del vapor y la velocidad de salida, b) las energías total y de flujo del vapor por unidad de masa y c) la tasa a la cual sale la energía de la olla con el vapor. Solución De una olla de presión sale vapor de agua a una presión especificada.

 

Se determinarán la velocidad, el flujo, las energías total y de flujo y la tasa de transferencia de energía por la masa. Suposición #1: El flujo es estacionario y no se toma en cuenta el periodo de inicio. Suposición #2: Las energías cinética y potencial son insignificantes, por lo tanto no se consideran. Suposición #3: Todo el tiempo existen condiciones de saturación dentro de la olla, de modo que el vapor sale de ésta como vapor saturado a la presión de la olla. Propiedades Las propiedades del agua líquida saturada y el vapor de agua a 150 kPa son vf 0.001053 m3/kg, vg 1.1594 m3/kg, ug 2 519.2 kJ/kg y hg 2 693.1 kJ/kg (tabla A-5). Análisis  

a) Una vez establecidas las condiciones estacionarios de operación, existen todo el tiempo condiciones de saturación en una olla de presión; por lo tanto, el líquido tiene las  propiedades del líquido saturado y el vapor que sale tiene las del vapor saturado a la  presión de operación. La cantidad de líquido que se ha evaporado, el flujo másico del vapor que sale y la velocidad de salida, son:



 = ∆ í = 0,001053 01053 0,6    10001   = 0,570 

 

 

̇ = ∆ = , =0,0142 

 

̇ = 2,37  10−   − ) (2, 3 7  10      )(1, 1 594 594   ̇   ̇    ̇ =   =   = 8  10.  ̇ = = 34,4,3  ℎ=+  =  = ℎ   = 2693,1  2519,2 = 173,9  =ℎ++ ≅ ℎ=2693, 1     

 

 

 b) Como

  y que las energías cinética y potencial no son tomadas en cuenta, las

energías de flujo y total del vapor que sale son:

 

Observe que la energía cinética en este caso es

0,588 /

     ==  = 34,34,3 / / /2 =588  /   =

, la cual es pequeña en comparación con la entalpía.

c) La tasa a la cual la energía sale de la olla por medio de la masa es simplemente el producto del flujo másico y la energía total del vapor saliente por unidad de masa,

 ̇ = ̇ = = 2,2,37  10− //2693, 2693,1 / =0,638  =0,638   ̇ =0,638   

Ejercicio 3

 

 

En el difusor de un motor de propulcion entra de forma estacionaria aire a 10°c y 80 KPa con una velocidad de 200m/s .El área de entrada al difusor es de 0.4m^2. El aire sale del difusor con una velocidad que es muy pequeña comparada con la velocidad de entrada. Determine .   a) el flujo masico del aire  b) la temperatura del aire que sale del difusor

 ,          =  =  

 

 = 1,1,015015 /

 

Entonces: a)

    = .  200200 0,4

ṁ=  

 

ṁ= 78,8Kg/S

Dado que el flujo es estacionario el flujo másico a través del difusor permanece constante en ese valor.

 

 b) bajo las suposiciones y observaciones expresaas ,el balance de energía para este sistema de flujo estacionario se puede expresar en la forma de tasa como :

Ẻ  Ẻ ℎ + =ṁℎ + 

 = De/dt = 0

ṁ(

 

 

Ẻ = Ẻ        ℎ = ℎ  2

 

La velocidad de un difusor comúnmente es pequeño comparado con la velocidad de la entrada (

 po lo tanto la energía cinética en la salida es insignificante .la entalpia del aire en la

 < ,

entrada del difusor se determina a partir de una tabla

ℎ = ℎ =283,14 /

 

Sustituyendo e obtiene:

283,14 0200/ 1  ℎ =   2 1000 1000  ℎ

 

= 303,14Kj /kg

La temperatura correspondiente a este valor de entalpia es :

 =303

 

 

Ejercicio 4 Aceleración de vapor en una tobera A una tobera cuya área de entrada es 0.2 pie2 entra en forma estacionaria vapor de agua a 250  psia y 700°F. 7 00°F. El fflujo lujo másico de vapor por la tobera es 10 lbm/s. El vapor sale de la tobera a 200  psia con una velocidad de 900 pies/s. Las pérdidas de calor desde la tobera por unidad de masa del vapor se estiman en 1.2 Btu/lbm. Determine: a) la velocidad de entrada  b) la temperatura de salida del vapor.

1 Éste es un proceso de flujo estacionario porque no hay cambio con el tiempo en algún punto, m

 E 

y Δtrabajo.  por tanto Δ VC = 0 de VC = 0. 2 Nolohay interacciones 3 El cambio de energía potencial es cero, Δep = 0. 

Datos:

  = 0,2

 

 = 250250   = 700 °  = 9009010 ///  

 

 

 

 

ℎ =1371,4   = 1,1,2 //  

 

Análisis: Se toma a la tobera como el sistema, el cual es un volumen de control porque la masa cruza su frontera durante el proceso. Se observa que sólo hay una entrada y una salida, por lo tanto  

=

 = 

a)  El volumen específico y la entalpía del valor en la entrada de la tobera son:

==252507007000°    =1371,4  ℎ  = 1 =   10  = ,  0,2   =134,4 /    

 Por tablas: A-6E 

 = 2.6883

/lbm 

 

 

 

 

 b) Bajo las suposiciones y obs observaciones ervaciones expresadas, el balance de energía para este sistema de flujo estacionario se puede expresar en la forma de tasa como

  =̇  ̇    ℎ + 2  =  ̇ +ℎ ̇  + 2   

 

 

Al dividir entre el flujo másico

̇       ℎ = ℎ     2 

y sustituir, h2 se determina como:



 



 

ℎ = 1371, 1371,41, 2  9ℎ00 =1354, 135/4,4 213134,/4,4 //  (25,1037// )  

Por lo tanto:

 = 200200  ℎ = 1354, 1354,4 /  

Por tablas: A-6E

 

 = 662 °

 

Comentario: Observe que la temperatura del vapor disminuye en 38.0°F a medida que pasa por la tobera. Esta disminución de temperatura se debe principalmente a la conversión de energía interna en energía cinética. (La pérdida de calor es demasiado pequeña para causar algún efecto importante en este caso.)

Ejercicio 5 Compresor de aire mediante un compresor.

Aire a 100 kPa y 280 K se comprime en régimen estacionario hasta 600 kPa y 400 K. El flujo másico del aire es 0.02 kg/s y ocurre una pérdida de calor de 16 kJ/kg durante el proceso. Si se

 

supone que los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes, determine la entrada de potencia necesaria al compresor.

ṁ h  h = h  q=d1371, 1371,V2 4V1, 2 Btu  900 pises  134,4 pises  1 lBtbpimues 2 lbm 25037 s =1354,4 Btu/lbm P = 200200 psia  = 662,2,66 0 ℉ h = 1354, 1354,4 BtBtu/l/lbm

Al dividir entre el flujo másico

y sustituir,

se determina como: se

 

Entonces:

 

 

 

Ejercicio 6

A una tobera entra aire constantemente con 2.21 kg/m3 y 40 m/s, y sale con 0.762 kg/m3 y 180 m/s. Si el área de entra-da de la tobera es 90 cm2 , determine a) la tasa de flujo de masa por la tobera, y b) el área de salida de esta. a) m = ρ1A1V1 

m= 2,21

kg

 *0,009m2*40

kg

m= 0,796    b) m= ρ2A2V2 

A=

,ρ

 



 

 

   ,   ,  ∗

A=

 

A = 0,0058 m2 …… A = 58cm2 

Se adquirió conocimientos sobre: análisis de masa y de energía de volúmenes de control.

Termodinámica Cengel Yunus sexta edición