Ejemplos Problemas
Páginas: 6 (1488 palabras)
Publicado: 14 de septiembre de 2015
Problema. Dos depósitos rígidos y aislados están conectados por una válvula. Inicialmente 0,79 kmol de nitrógeno a 2 Atm y 250 ºC llenan uno de los depósitos. El otro contiene 0,21 kmol de oxígeno a 1 Atm y 300 ºK. la válvula se abre y los gases se mezclan hasta alcanzar el estado de equilibrio final. Durante este proceso no hay intercambio de calor o trabajo entre el contenido de losdepósitos y el entorno. Determine la temperatura de la mezcla en ºK y la presión de la mezcla, en Atm. Tomar cv=0,742 kJ/kgºK para N2 y cv= 0,655 kJ/kg ºK para el O2.
DATOS
SOLUCION
Aplicando la 1ª Ley de la termodinámica al sistema cerrado
Donde
Sustituyendo en las ecuaciones (2) y (3) en (1)
Despejando Tx se tiene:
Elvolumen ocupado por la mezcla es:
Por las ecuaciones de los gases ideales:
Siendo
;
Problema. Por una regadera fluye agua en forma permanente a una tasa de 10 litros/min. Uncalentador de resistencia eléctrica colocado en la tubería calienta el agua hasta 43 ºC. Para aprovechar la conservación de la energía se propone pasar agua tibia drenada que está a 39 ºC por un intercambiador de calor para precalentar el agua fría entrante a 10 ºC. Si el intercambiador tiene una efectividad de 50 % (es decir, se recupera sólo la mitad de la energía que el agua drenada puedetransferir a la fría) y la salida de agua drenada a 15 ºC. Determine la entrada de potencia eléctrica del calentador en kW. Utilice la densidad del agua como 1 kg/L.
DATOS
SOLUCION:
Por la primera ley de la Termodinámica, despreciando la energía cinética y potencial.
Análisis del Intercambiador de Calor:
Principio de conservación de la masa:
Principio de conservación de energía:Aplicando la efectividad del 50%
De tablas de agua para el estado liquido, las entalpías son:
;
;
Sustituyendo en (4)
El flujo de masa es:
Reemplazando en (2) la potencia del calentador eléctrico es
Problema. Se desea calentar agua para bañarse en una tina, mediante un calentador eléctrico unacantidad de 200 litros, elevando su temperatura de 10 ºC a 40 ºC. El calentador eléctrico es de inmersión, considerando las pérdidas del calor en un 30% y el calentamiento debe efectuarse en 30 min. Determinar:
a) El costo de la energía utilizada, si el precio unitario de energía es 0,82 [Bs./kW∙h]
b) La Potencia del calentador, en kW y su resistencia, en ohmios.
DATOS:
SOLUCION:
Donde:;
;
Considerando la pérdida, por lo que el calentador entrega un calor de:
; ,
La energía utilizada es:
El costo de energía utilizada es:
;La potencia del calentador es:
;
La resistencia del calentador es:
;
;
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Problema. Una turbina aislada acepta vapor recalentado a 6 MPa. y 640 ºC, y lo rechaza como vapor saturado a 15 kPa.(figura 2).Determine la salida de potencia de la turbina si el gasto másico es 456 kg/min, del mismo modo, calcule la velocidad en la salida.
DATOS:
SOLUCION:
La potencia de la turbina, despreciando las energías cinética y potencial es:
De tablas de vapor de agua con y
La salida de la turbina con y es vapor saturado.
La potencia de turbina es:
La velocidad de salida es:...
DATOS
SOLUCION
Aplicando la 1ª Ley de la termodinámica al sistema cerrado
Donde
Sustituyendo en las ecuaciones (2) y (3) en (1)
Despejando Tx se tiene:
Elvolumen ocupado por la mezcla es:
Por las ecuaciones de los gases ideales:
Siendo
;
Problema. Por una regadera fluye agua en forma permanente a una tasa de 10 litros/min. Uncalentador de resistencia eléctrica colocado en la tubería calienta el agua hasta 43 ºC. Para aprovechar la conservación de la energía se propone pasar agua tibia drenada que está a 39 ºC por un intercambiador de calor para precalentar el agua fría entrante a 10 ºC. Si el intercambiador tiene una efectividad de 50 % (es decir, se recupera sólo la mitad de la energía que el agua drenada puedetransferir a la fría) y la salida de agua drenada a 15 ºC. Determine la entrada de potencia eléctrica del calentador en kW. Utilice la densidad del agua como 1 kg/L.
DATOS
SOLUCION:
Por la primera ley de la Termodinámica, despreciando la energía cinética y potencial.
Análisis del Intercambiador de Calor:
Principio de conservación de la masa:
Principio de conservación de energía:Aplicando la efectividad del 50%
De tablas de agua para el estado liquido, las entalpías son:
;
;
Sustituyendo en (4)
El flujo de masa es:
Reemplazando en (2) la potencia del calentador eléctrico es
Problema. Se desea calentar agua para bañarse en una tina, mediante un calentador eléctrico unacantidad de 200 litros, elevando su temperatura de 10 ºC a 40 ºC. El calentador eléctrico es de inmersión, considerando las pérdidas del calor en un 30% y el calentamiento debe efectuarse en 30 min. Determinar:
a) El costo de la energía utilizada, si el precio unitario de energía es 0,82 [Bs./kW∙h]
b) La Potencia del calentador, en kW y su resistencia, en ohmios.
DATOS:
SOLUCION:
Donde:;
;
Considerando la pérdida, por lo que el calentador entrega un calor de:
; ,
La energía utilizada es:
El costo de energía utilizada es:
;La potencia del calentador es:
;
La resistencia del calentador es:
;
;
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Problema. Una turbina aislada acepta vapor recalentado a 6 MPa. y 640 ºC, y lo rechaza como vapor saturado a 15 kPa.(figura 2).Determine la salida de potencia de la turbina si el gasto másico es 456 kg/min, del mismo modo, calcule la velocidad en la salida.
DATOS:
SOLUCION:
La potencia de la turbina, despreciando las energías cinética y potencial es:
De tablas de vapor de agua con y
La salida de la turbina con y es vapor saturado.
La potencia de turbina es:
La velocidad de salida es:...
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