Ejercicios primera ley

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Entra aire de manera estable en una tobera adiabática a 300 kPa, 200°C y 30 m/s y sale a 100 kPa y 180 m/s. El área de entrada de la tobera es de 80 cm2. Determine a) la tasa de flujo másico a través de la tobera, b) la temperatura de salida del aire, c) el área de salida de la tobera.

AIRE
[pic]= 1,21 kg/m3
Cp = 1,005 kJ/kg

Primera Ley Para sistemas cerrados
[pic][pic]

Conocemos las velocidades y las condiciones del estado 1, pero no conocemos las condiciones del segundo estado para ubicar la temperatura, por lo tanto debemos despejar y buscar en la ecuación anterior al menos una propiedad del segundo estado.

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Recordando que [pic] tenemos que:

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De esta ecuación la única incógnita es (T2), y debemos recordar el factor deconversión de 1kJ/kg equivale a 1000 m2/s2

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Para calcular el flujo másico utilizamos los valores del estado 1 y utilizamos la ecuación siguiente:
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Para el cálculo del área, la despejamos de la ecuación del flujo másico pero sustituyendo los datos para el estado 2.
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Realizado por: Carolina Martínez

Entra aire a 80kPa, 27°C y 220 m/s a un difusor a una tasa de 2,5 kg/s sale a 42°C. El área de salida del difusor es de 400 cm2. el aire pierde calor a una tasa de 18 kJ/s durante este proceso. Determine a) la velocidad de salida, b) la presión de salida del aire.

Primera Ley Para sistemas cerrados
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Estado 1: Estado 2:
T1 = 300 K T2 = 315 K
En las tablas de aire buscamos
h1 = h @ 300K = 300,19 kJ/kg h2 = 315,27 kJ/kg

Sustituimos todos los valores en la ecuación de la primera ley, recordando la conversión 1kJ/kg equivale a 1000 m2/s2, y despejamos el valor de la Velocidad a la salida

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Como el aire es un gas ideal, utilizamos la ecuación de estado para gases ideales utilizando los valores correspondientes al estado 2 yrecordando que la densidad es igual al inverso del volumen específico

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Pero en esta ecuación no conocemos el volumen en el estado final, por lo tanto acudimos a la ecuación de flujo másico, el cual tiene el mismo valor para ambos estados

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Tendremos entonces la ecuación de estado de gases ideales en función del volumen específico, que a su ves esvolumen entre masa

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Realizado por: Rubén Vergara

Una corriente de agua caliente a 80°C entra a una cámara de mezcla con una tasa de flujo másico de 0,5 kg/s donde se mezcla con una corriente de agua fría a 20°C. Si desea que la mezcla salga de la cámara a 42°C, determine la tasa de flujo másico de la corriente de agua fría, suponiendo que todas las corrientesestán a la misma presión de 250 kPa

Primeramente debemos hacer el balance de masa que relaciona los flujos másicos a la entrada y salida del sistema:

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Luego el balance de energía será:

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Despejando el flujo másico del estado dos nos quedara:

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Por lo tanto debemos definir los tres estado e identificar el valor de laentalpía en cada uno de ellos, de esta manera podremos calcular el flujo másico de agua fría según la ecuación anterior.

Estado 1: Estado 2: Estado 3:
P1 = 250 kPa P2 = 250 kPa P3 = 250 kPa
T1 = 80°C T2 = 20°C T3 = 40°C
Líquido Comp. Líquido Comp. Líquido Comp.
h1 = hf @ 80°C h2 = hf @ 20°C h3 = hf @ 40°C
h1 = 334,91 kJ/kg h2 = 83,96 kJ/kg h3 = 167,57 kJ/kgSustituyendo los valores en la ecuación anterior tendremos:

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Realizado por: Marisol Gutiérrez y Víctor Farrera

Un compresor de aire va a ser accionado por una turbina adiabática de vapor de agua acoplada directamente. El vapor entra a la turbina a 2 MPa y 500°C a una tasa de 4,8 kg/min. y sale a 25 kPa con una calidad de 85%. Por otra parte el aire entra al compresor a...
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