Problemas Propuestos-primera Ley

TERMODINÁMICA I PROF. ELIEZER VELÁSQUEZ PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 1-(4-19CB). Vapor a 3 MPa y 400 °C entra de manera permanente a una tobera adiabática con una velocidad de 40 M/s y sale a 2,5 MPa y 300 m/s. Determine: a) La temperatura de salida b) La razón de las áreas de entrada y de salida A1/A2

2- Aire a 80 kPa, 27 °C y 220 m/s entra a un difusor a una relación de 2,5 kg/s y sale a 42 °C. El área de salida del difusor es de 400 cm 2. El aire pierde calor a una relación de 18 KJ/s durante este proceso. Determine: a) La velocidad de salida. R: 62 m/s b) La presión de salida del aire. R: 91,1 KPa 3-(4-63CB). Entra vapor en el condensador de una central termoeléctrica a 20 kPa y una calidad de 95% con una relación de flujo de masa de 20000 Kg/h. Se va a enfriar con el agua de un río cercano, la cual circulara por los tubos dentro del condensador. Para evitar la contaminación térmica, no se permite que el agua del río sufra un aumento de temperatura mayor a 10 °C. Si el vapor va a salir del condensador como líquido saturado a 20 KPa, determine la relación de flujo de masa del agua de enfriamiento requerida. R: 17866 Kg/min 4-(4-66CB). Una secadora de pelo básicamente es un ducto en el que se colocan unas cuantas capas de resistencia eléctricas. Un pequeño ventilador empuja el aire y lo obliga a pasar por las resistencias donde se calienta. Entra aire en una secadora de pelo de 1200 W a 100 kPa y 22 °C y sale a 47 °C. El área de la sección transversal del secador en la salida es de 60 cm2. Desprecie la potencia consumida por el ventilador y las pérdidas térmicas en las paredes del secador. Determine: a) La relación de flujo de volumen de aire a la entrada. R: 0,0404 m3/Kg b) La velocidad del aire a la salida. R: 7,31 m/s

5-(4-98CB). Un dispositivo de cilindro-émbolo vertical contiene 0,2 m 3 de vapor a 1 MPa y 250 °C. En este punto un resorte lineal aplica su máxima fuerza al émbolo. Después de esto se deja escapar el vapor por una válvula conectada al cilindro. Cuando el émbolo se mueve hacia abajo el resorte se descomprime y en el estado final la presión disminuye a 800 kPa y el volumen a 0,1 m 3. Si en el estado final el cilindro sólo contiene vapor saturado, determine: a) La masa inicial y final en el cilindro. b) Magnitud y dirección de toda la transferencia de calor. 6-(4-109CB). Un dispositivo de cilindro-émbolo vertical y aislado contiene 0,2 m3 de aire a 200 kPa y 22 °C. En este estado, un resorte lineal toca el émbolo pero no ejerce fuerza sobre él. El cilindro está conectado mediante una válvula a una línea que suministra aire a 800 kPa y 22 °C. La válvula se abre y el aire de la línea de alta presión entra al cilindro. La válvula se cierra cuando la presión en el interior del cilindro llega 600 kPa. Si el volumen encerrado dentro del cilindro se duplica durante este proceso, determine: a) La masa de aire que entra al cilindro b) La temperatura final del aire dentro del cilindro. 7-(5.29VW). Dos depósitos bien aislados están conectados por una válvula. El depósito A contiene 0,6 kg de agua a 300 kPa y 300 °C. El depósito B tiene un volumen de 300 litros y contiene agua a 600 kPa y 80% de calidad. La válvula se abre y los dos depósitos llegan a un estado uniforme. ¿Cuál es la presión final, si se supone que el proceso es adiabático? 8-(5.92VW). Una turbina de vapor recibe agua a 15 MPa y 600 °C, a razón de 100 kg/s, como se muestra en la figura. En la sección media se extraen 20 kg/s a 2 MPa y 350 °C, y el resto sale de la turbina a 75 kPa, con una calidad de 95%. Si se supone que no hay transferencia de calor ni cambios de energía cinética, calcule el trabajo total de la turbina.

9-(5.135VW). Un conjunto de cilindro y un pistón cargado con una masa, como se muestra en la figura contiene aire que se encuentra a 300 kPa y 17 °C, con

un volumen de 0,25 m3, mientras que en los topes, V = 1 m3. Una línea de aire 500 kPa y 600 K, se conecta mediante una válvula que se abre hasta que la presión final en el interior es de 400 kPa, punto en el cual T = 350 K. Determine la masa de aire que entra, el trabajo y la transferencia de calor. R: 3,082 kg; 225 kJ; -819,2 kJ