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Tarea Semana 3 Termodinamica
Tarea Semana 3 Termodinamica
Tarea Semana 3 Termodinamica
Termodinámica
Instituto IACC
14 de septiembre de 2020
1.- En un día cálido de verano, un estudiante pone en marcha su ventilador
cuando sale de su habitación por la mañana. Cuando regrese por la tarde, ¿el
cuarto estará más caliente o más fresco que los cuartos vecinos? ¿Por qué?
Suponga que todas las puertas y ventanas se mantienen cerradas.
Según lo referido a la primera ley de termodinámica, el cuarto estará más caliente
que los cuartos vecinos, debido al aumento de la energía interna del aire, lo que
produce un incremento en la temperatura, producto del roce de las partículas del
fluido, generado por el aumento en el movimiento del mismo producido por el
ventilador.
V 12 V 22
h1 + =h2+
2 2
Donde la entalpía, varia en función de la presión, aumentando a medida que la
energía cinética del fluido va disminuyendo.
3.- ¿Cómo se comparan las energías de un fluido que fluye y un fluido en reposo?
Describa las formas específicas de energía asociada en cada caso.
El fluido que fluye y el fluido en reposo, siempre tendrán presente energía interna.
En el caso del fluido que fluye, además de la energía interna, tendrá presente
energía cinética debido al movimiento, además tendrá energía en forma de
entalpia, asociada al trabajo de flujo. Así mismo, puede estar presente trasferencia
de calor y trabajo. Para el caso del fluido en reposo, no existirá energía cinética,
pero si energía potencial, y también puede estar presente la trasferencia de calor.
4.- Alguien propone el siguiente sistema para enfriar una casa durante el verano:
comprimir el aire exterior normal, dejarlo enfriar a la temperatura del exterior,
pasarlo por una turbina e introducirlo en la casa. Desde el punto de vista
termodinámico, ¿es lógico el sistema que se propone? Argumente su respuesta.
5.- Aire fluye de manera estacionaria a 300 K y 100 kPa en un secador de cabello,
que tiene una entrada de trabajo eléctrico de 1500 W. Debido al tamaño de la
toma de aire, la velocidad de entrada del aire es despreciable. La temperatura y la
velocidad del aire a la salida del secador son 80°C y 21 m/s, respectivamente. El
proceso de flujo es tanto a presión constante como adiabático. Suponga que el
aire tiene calores específicos constantes evaluados a 300 K.
Estado 1 Estado 2
P= 100KPa P= 100kPa
W= 1500W W= 0
˙
V˙ 2 V2
Q̇ entrada + ẇentrada + ∑ ṁ(h+ + gz )=Q̇ salida + Ẇ salida + ∑ ṁ(h+ + gz)
entrada 2 salida 2
Como es adiabático, no hay calor de entrada ni calor de salida, tampoco hay
trabajo de salida, la variación de energía potencia es despreciable y la energía
cinética en la entrada es despreciable. Además, considerando h= cp T, se
tiene que la ecuación queda:
V2
Ẇ entrada + ∑ ṁ(h)= ∑ ṁ(h+ )
entrada salida 2
kJ kJ 212 m 2
1,5 kW + ṁ∙ 1,005 ∙300 K= ṁ(1,005 ∙ 353 K + )
kgK kgK 2 s2
kg
ṁ=0,00548
s
kJ
0,2870 ∙ 353 K
RT kgK m3
ρv=RT → v= = =1,013
P 100 kPa kg
1 1 1 kg
v= → ρ= = =0.987
ρ v m3
m3
1,013
kg
kg
0,00548
ṁ s m3
ṁ=ρ ∙ V̇ → V̇ = = =0,00555
ρ kg s
0.987 3
m
6.- Una mezcla de líquido y vapor de agua saturados, llamada vapor húmedo,
fluye en una línea de suministro de vapor de agua a 1500 kPa y se estrangula
hasta 50 kPa y 100 °C. ¿Cuál es la calidad de vapor de agua en la línea de
suministro?
Estado 1 Estado 2
T =? T =100 ° C=373 K
h1 =? h2 =?
kJ
h1 =h2=2682,4
kg
kJ kJ kJ
2682,4 =844,55 + x ∙1946,4
kg kg kg
x=0,944
7.- Por una turbina adiabática pasa un flujo estacionario de vapor de agua. Las
condiciones iniciales del vapor son 4 MPa, 500°C y 80 m/s en la entrada, y en la
salida son 30 kPa, 92 por ciento de calidad y 50 m/s. El flujo másico del vapor es
12 kg/s. Determine: a) el cambio de energía cinética, b) la potencia desarrollada
por la turbina y c) el área de entrada de la turbina.
V 22−V 12 kJ
∆ EC= =−1950
2 kg
W sistema=ṁ(h1−h2)
kJ kJ kJ
Según tabla h1 =3446,0 kg , h f 2=289,27 kg y h fg2 =2335,3 kg
kJ
h2 =hf 2+ x ∙h fg 2=2437,7
kg
kg kJ kJ
W sistema=ṁ ( h1−h 2) =12
s (
3446,0 −2437,7
kg kg
=12099,6 kW )
c) Área de entrada de la turbina
m3
v1 =0,08644
kg
kg m3
12 ∙ 0,08644
m 1 ∙ v1 s kg
V 1 ∙ A1= V˙ 1=ṁ 1 ∙ v 1 → A1 = = =0,01297 m 2
V1 m
80
s
8.- Se diseña una unidad de intercambiador de calor con agua helada, para enfriar
5 m3/s de aire a 100 kPa y 30°C, hasta 100 kPa y 18°C, usando agua helada a 8
°C. Determine la temperatura máxima del agua a la salida, cuando su tasa de flujo
es 2 kg/s
m3 kg kg
ṁ 1=5 ∙ 0,987 3 =4,935
s m s
kJ
De tabla de agua obtenemos h2 =33,62 kg
Bibliografía
IACC (2018). Primera Ley de Termodinámica. Termodinámica. Semana 3.