Anexo 1 - Tarea 5 - Balance de Energía

ANEXO – Tarea 5 – Balance de Energía
Importante: Los aportes individuales de los ejercicios del 2 al 8 se

deben hacer a puño y letra y deben subirse al foro colaborativo como
imagen. Dichos aportes deben estar marcados en su encabezado
con el nombre, código y fecha.
El trabajo es colaborativo pero cada uno de los estudiantes del grupo
debe realizar todos los ejercicios y participar en la elaboración del video
del punto 1. El grupo debe discutir y decidir cuales ejercicios a entregar
de acuerdo con el desarrollo y resultados de los mismos. Cada uno de
los estudiantes es responsable de los ejercicios entregados en el
trabajo colaborativo. RECUERDE: No basta con subir los aportes de la
actividad al foro, cada estudiante debe participar en la discusión para
elegir los aportes que conformaran el trabajo consolidado que
entregaran como grupo. Antes de empezar lea completamente las
instrucciones de la guía de actividades para que entienda los
criterios de presentación. Tenga en cuenta que en el trabajo
consolidado debe presentar los ejercicios realizados a computador, no
a mano.
Esta actividad está diseñada para la consolidación de conocimiento,
teniendo en cuenta la Unidad 3 – Introducción a los procesos
termodinámicos y balance de energía, en el que realizarán los ejercicios
propuestos a continuación:
1. En forma colaborativa, con la participación de todos los integrantes

del grupo o con los que se presenten para el desarrollo de esta
actividad, preparar un video explicativo no mayor a 15
minutos, donde se expliquen los siguientes temas:
Termodinámica, Energía interna, función de estado, sistema
termodinámico abierto, cerrado, aislado, primera ley de la
termodinámica, convención de signos para el trabajo y el calor en
un sistema termodinámico, trabajo, calor, capacidad calorífica a
presión y volumen constante, Entalpia, Calor a volumen constante,
procesos termodinámicos: Isotérmico, Isobárico y Adiabático; ley
cero de la termodinámica, calor sensible y calor latente y balances
de calor, este último explicado a partir del diagrama de la figura 1
de este anexo.
Para la presentación en el video y según corresponda, presente
definiciones, objetos o campo de estudio, ecuaciones importantes
involucradas o que lo definan, diagramas en los casos en los que
corresponda. En la presentación se debe ser concreto y preciso en las
explicaciones, centrándose en los aspectos más importantes para que
puedan cumplir con el tiempo establecido. Para esta actividad se
recomienda ampliamente que se apoye en el libro (Monsalvo, Romero,
2014), y demás bibliografía que crea conveniente, dispuesta en el
entorno de aprendizaje en la unidad 3. (Esta actividad corresponde a
15 puntos del total de la actividad).
y
Figura 1: Diagrama de Temperatura vs. Calor a presión constante
(∆H) a P = 1 atm. (Monsalvo, Romero, 2014)
Indicaciones para la elaboración y entrega del video en forma

colaborativa:
- En la primera semana de la actividad, los integrantes del grupo
que van a participar en la actividad deben acordar con sus
compañeros para dividir el tema entre los participantes y que
cada uno pueda crear el video explicativo de la sección que le
corresponda. En el foro también se debe indicar el estudiante que
hará la compilación de los videos realizados individualmente para
generar un solo video grupal.
- Cada estudiante debe preparar una corta y concreta presentación
en Power Point (ppt) y hacer la grabación de la pantalla de su
computador explicando el tema que le corresponde. Al inicio de
la presentación, el estudiante debe mencionar su nombre
completo, numero de documento de identidad y la fecha en la
que elabora el video; además, en el video se debe visualizar el
rostro del estudiante durante la explicación. NOTA: Durante la
explicación se debe evidenciar dominio del tema, así que no se
debe limitar a leer el contenido de la diapositiva. También
asegúrese de hablar en forma fluida para que no pierda tiempo
durante la explicación, recuerde que el tiempo máximo para el
total del video son 15 minutos.
- Cada estudiante debe cargar el video en el foro de la actividad,
o si es muy pesado, debe enviarlo por correo al estudiante
encargado de compilar todos los videos y dejar evidencia en el
foro de que lo envió por correo. Esta entrega se debe evidenciar
en el foro de la actividad a más tardar en la segunda semana de
la actividad.
- El estudiante encargado de compilar los videos recibidos en uno
solo, puede hacer uso de aplicaciones como movie maker o
cualquier otra que conozca, y que funcione para editar videos.
Recordar que la duración total del video no debe superar los 15
minutos, por lo que cada video creado no debería ser muy largo
a fin de no sobrepasar el tiempo establecido. Además, el
compilador deberá cargar el video en internet, ya sea you
tuve, Google drive o cualquier otra plataforma que le permita
generar un enlace del video para que pueda ser incluido en el
trabajo consolidado, como respuesta o entregable del punto 1 de
este Anexo. NOTA: Se sugiere compartir el video a través de
un enlace de Google drive, solo que se debe asegurar de que
sea compartido como público para que cualquier persona que
tenga el enlace pueda visualizar el video.
- En el caso de que los cinco integrantes del grupo colaborativo NO
participen en la actividad, se debe asegurar que entre los
participantes se distribuyan todo el tema a presentar en el video.
2. Suponga que usted maneja un carro que tiene una masa de 5500
lbm (libras masa) y observa un semáforo por lo que frena hasta
detenerse completamente, habiendo llevado una velocidad de 55
millas/h.
a) Determine la cantidad de energía que se disipa como calor a
causa de la fricción durante el frenado. Exprese el resultado en
Btu y en Julios.
b) Suponga que en Colombia hay 12 millones de vehículos en
promedio que pasan por ese proceso de frenado durante el
transcurso de un día cualquiera. Determine la velocidad
promedio a la que se disipa la energía a causa de la fricción
durante el frenado. Exprese la respuesta en Megavatios (MW).
3. En el rango de 0° a 98°C el alcohol etílico tiene un calor específico

de 0,68 cal/g°C; determine la cantidad de calor requerida para
calentar dos litros de 7°C a 55°C, siendo su gravedad específica
0,67.
4. Un hervidor de agua tipo domestico puede servir como termómetro.

En el hervidor Magefesa de 2200 W del profesor Figueroa, 1.2 litros
de agua de la llave se demoraron 3 minutos 40 segundos en hervir.
Calcule la temperatura del agua de la llave en ese momento.
Asuma que el procedimiento no presenta perdidas de calor y que la
temperatura inicial del agua era de 20⁰C.
5. Se alimenta agua a 25°C a un tanque abierto a una velocidad de

10kg.h-1. El agua en estado líquido abandona el tanque a 88°C a
una velocidad de 9 kg.h-1 y el resto, 1 kg.h-1, se pierde en forma
de vapor de agua. En estado estacionario, ¿cuál es la velocidad de
entrada de calor al sistema? Haga un diagrama del sistema
planteado. NOTA: Para este ejercicio es conveniente consultar las
tablas de vapor para obtener las entalpias específicas del agua
líquida y/o del vapor saturado según corresponda a las
temperaturas indicadas en el enunciado.
6. En el proceso de recuperación del ácido glucónico, el caldo de

fermentación concentrado, con un contenido del 12.5% en peso de
ácido glucónico, se enfría en un cambiador de calor como paso
previo a su cristalización. Para ello deben enfriarse hasta 6°C, 3200
kg.h-1 de líquido a 90°C que procede de un evaporador. El
enfriamiento se alcanza intercambiando calor con 4000 kg.h-1 de
agua que se encuentra inicialmente a 2°C. Si la temperatura final
del agua de refrigeración es de 40°C, ¿cuál es la velocidad de
pérdida de calor de la disolución de ácido glucónico hacia los
alrededores? Supóngase que la capacidad calorífica del ácido
glucónico es 0,35 cal.g-1 °C-1. Asuma como es usual que la entalpia
del agua en el punto triple es el estado de referencia H = 0, que el
sistema está en estado estacionario y, además, también como
estado de referencia la entalpia H = 0 para el ácido glucónico a
90°C. En este ejercicio también requiere hacer uso de las tablas de
vapor para encontrar las entalpias específicas del agua líquida a las
distintas temperaturas.
7. Se ha demostrado que un sistema que combina una celda de

combustible de óxido sólido con una turbina de gas logra mayores
eficiencias operativas a altas presiones. Los gases de escape de la
celda de combustible entran en una turbina de vapor como se
muestra en la siguiente figura.
P1= 1 MPa P2= 0.1 MPa

Celda de
T1= 800 K T2= 400 K
combustible de
óxido sólido nH2O 1 = 105
moles/s
v1 =50 m/s nH2O.2 = 105 moles/s
v2 =80 m/s
Q= -1.16 x104 J/Kg
WS
Determine el trabajo hecho por la turbina.
8. Considere el caso en el que una muestra de aire a 300°C y a una

presión de 130kPa fluye a lo largo de una tubería horizontal con
7 cm de diámetro interno a una velocidad de 42,0 m/s.
a) Calcule la energía cinética (Ec) en J/s (Vatios, W) asumiendo que
la muestra de aire presenta un comportamiento de gas ideal.
Para el calculo tenga en cuenta que el aire se compone
aproximadamente de 79% de N2 y 21% de O2 (porcentajes en
masa), este dato le servirá para poder calcular la masa molar del
aire.
b) Si ese aire se calienta a 400°C manteniendo la presión constante,
determine el valor del cambio de la energía cinética (ΔEc), es
decir, determine ΔEc = Ec(400°C) - Ec(300°C).
c) Respecto a la siguiente afirmación, “La velocidad de transferencia
de calor al aire en el ítem (b) debe ser idéntica a la velocidad de
cambio de la energía cinética”. Indique si es correcta o no, y
explique su respuesta en un máximo de dos renglones.

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ANEXO – Tarea 5 – Balance de Energía

Importante: Los aportes individuales de los ejercicios del 2 al 8 se

1. En forma colaborativa, con la participación de todos los integrantes

Indicaciones para la elaboración y entrega del video en forma

3. En el rango de 0° a 98°C el alcohol etílico tiene un calor específico

4. Un hervidor de agua tipo domestico puede servir como termómetro.

5. Se alimenta agua a 25°C a un tanque abierto a una velocidad de

6. En el proceso de recuperación del ácido glucónico, el caldo de

7. Se ha demostrado que un sistema que combina una celda de

P1= 1 MPa P2= 0.1 MPa

Q= -1.16 x104 J/Kg

Determine el trabajo hecho por la turbina.

8. Considere el caso en el que una muestra de aire a 300°C y a una

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