Problemas de termodinamica del libro de cengel

Capítulo 3 Propiedades de las sustancias puras

3-51. Un tanque Rígido de 2.5m³ contiene 15 Kg. de vapor húmedo de agua a 75ºC. Se calienta lentamente. Determine cual es la temperatura cuando el líquido del vapor húmedo se evapora por completo. También demuestre el proceso en un diagrama T-v.

Sistema Cerrado ( V y m = CTE) |
Estado #1Mezcla SaturadaT1= 75ºCm= 15KgV= 2.5m³ | Estado#2Vapor SaturadoVsp1= Vsp2= .166 m³/KgT2= 187.08ºC |

Cálculos:

Vsp1= V/m = 2.5m³/15Kg
Vsp1= 166 m³/Kg

3-54. Un dispositivo de cilindro embolo contiene 0.1 m³ de agua liquida y 0.9 m³ de vapor de agua en equilibrio a 800Kpa. Se transfiere calor a presión constante hasta que la temperatura es de 350ºC.
a) Temperatura inicial
b) Masa total del agua
c) Volumen final
d) Diagrama T-vIsobárico ( Presión = CTE) |
Estado #1Mezcla SaturadaP1= 800ºCVliq= 0.1m³Vvap= 0.9m³Vsp liquido= 0.001115 m³/KgVsp Vapor= 0.24035 m³/Kga) T1= 170.41ºC | Estado #2Vapor SobrecalentadoT2= 350ºCP2= P1= 800Kpa |

Cálculos:

Vsp liquido = Vliq / m m= Vliq / Vsp liquidom liq= 0.1m³ / = 0.001115 m³/Kgm liq= 89.68 Kgm vap= 0.9m³ / 0.24035 m³/Kgm vap= 3.74 Kg | b) m total = 93.421 KgV2= (Vsp) (m)V2=(.35442 m³/Kg) (93.421 Kg)c) V2= 33.1 m³ |

3-56. Se deja enfriar vapor de agua sobrecalentado a 180 psia y 500ºF, a volumen constante, hasta que la temperatura baja hasta 250ºF. En el estado final, calcule

a) La presión
b) La calidad
c) La entalpía
d) Diagrama T-v

Isométrico ( V = CTE) |
Estado #1Vapor SobrecalentadoP = 180 psiaT= 500ºFVsp = 3.042 ft³/ lbm | Estado#2Vsp2=Vsp1Vspf= .017 ft³/ lbmVspg= 13.81 ft³/ lbmhf= 218.61 Btu/Kghfg= 945.41 Btu/Kg.017 ≤ 3.042 ≤ 13.81Mezcla Saturadaa)P2= 29.84psia |

Cálculos:

X= (Vsp – Vspf) / (Vspg – Vspf)
X= (3.042 ft³/ lbm - .017 ft³/ lbm) / (13.81 ft³/ lbm - .017 ft³/ lbm)
b) X= 21.9%

h= hf + hfg(x)
h= 218.61 Btu/lbm + 945.41 Btu/lbm (.219)
c) h= 425.65 Btu/lbm

Capítulo 4 Análisis de Energía de SistemasCerrados

4-35. Un tanque rígido bien aislado contiene 5Kg de un vapor húmedo de agua a 100Kpa en un principio ¾ de la masa están en fase liquida, una resistencia eléctrica colocada en el tanque se conecta con una fuente de 110 V, una corriente de 8A fluye por la resistencia al cerrar el interruptor. Determine cuanto tiempo se necesita para evaporar todo el liquido del tanque. También muestre elproceso en un diagrama T-v.
Aislado ( Q= 0 )Sistema Cerrado ( V= CTE) |
Balance de EnergíaΔU= Q – W + EeV= CTE W=0ΔU = Eem(u2-u1) = (V) (A) (t) / 1000t = m(u2-u1) (1000) / (V) (A)t = 5Kg (u2-u1) (1000) / (V) (A)t=9184.94s |

Estado #1Mezcla SaturadaP= 100 Kpam= 5 Kgx= .25uf= 417.4 KJ/Kgufg= 2088.2 KJ/Kgu1= uf + ufg(x)u1= 417.4 KJ/Kg + 2088.2 KJ/Kg (.25)u1=939.45 KJ/Kgvsp1= vspf + vspfg(x)vsp1=.4243 m³/Kg | Estado #2Vapor Saturadou2= 2556 KJ/KgVsp2= Vsp1= .4243 m³/Kg |

4-37. Un dispositivo de cilindro embolo contiene 5 Kg de refrigerante 134a, a 800Kpa y 70ºC. Entonces se enfría el refrigerante a presión constante, hasta que este como liquido a 15ºC. Determine la cantidad de perdida de calor, y muestre el proceso en un diagrama T-v, con respecto a líneas de saturación.
Isobárico (Presión = CTE) |
Estado #1Vapor sobrecalentadoP1= 800ºCT1= 70ºCh1= 306.88 KJ/Kg | Estado #2Liquido comprimidoT2= 15ºCP2= P1= 800Kpah2= 72.34 KJ/Kg |

Balance de EnergíaΔU= Q – W Q= ΔU + WΔU + W= ΔHQ = ΔHQ= (h2-h1)mQ= (72.34 KJ/Kg - 306.88 KJ/Kg) 5KgQ= -1172.7 KJNota: Negativo porque pierde el calor |

CAPITULO 5Turbinas, compresores, toberas y difusores.

Turbina de vapor.- un dispositivo que transforma la energía térmica en energía mecánica.
5-52.- Una turbina adiabática pasa un flujo estacionario de vapor de agua. Las condiciones de entrada del vapor son P= 10MPa, T=450°C y 80 m/s, las condiciones de salida son P=10KPa, x=92% y 50 m/s, el flujo de masa de vapor es 12 K/s.
Determine:
a) El cambio...