Taller termodinámica

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Taller Final
Termodin´mica a 17 de noviembre de 2010
1. El compresor de una turbina de gas grande recibe aire del ambiente a 95 kPa, 20 o C y una velocidad relativamente baja. A la descarga del compresor, el aire sale a 1.52 MPa, 430 o C, y una velocidad de 90 m/s. La potencia de entrada al compresor es de 5000 kW. Determine el flujo m´sico de aire por la unidad. a 2. El prop´sito de una toberaes producir un flujo de muy alta velocidad a costa de una disminuci´n o o o C entrando a baja en la presi´n. Se tiene refrigerante 134a sobrecalentado a 400 kPa y 20 o velocidad a una tobera bien aislada a una tasa de 0.1 kg/s. El refrigerante sale a 100 kPa y a una velocidad de 450 m/s. Determine la temperatura (o la calidad si est´ saturado) a la salida a de la tobera. 3. Una casa se calientamediante una bomba de calor movida por un motor el´ctrico y que usa el e exterior como reservorio de baja temperatura. Suponga que la p´rdida de calor de la casa es e directamente proporcional a la diferencia de temperatura seg´n la relaci´n Qperdidas = K(TH − u o TL ). Determine la potencia el´ctrica m´ e ınima necesaria para mover la boma como funci´n de o las dos temperaturas. 4. Se puede utilizardos tipos de combustible en un motor de calor, el cual operar´ entre la a temperatura de combusti´n del combustible y una temperatura de 350 K. El combustible A se o quema a 2500 K entregando 52000 kJ/kg y cuesta US$ 1.75 por kilogramo. El combustible B se quema a 1700 K, entregando 40000 kJ/kg y cuesta US$ 1.50 por kilogramo. Cual combustible comprar´ ¿Por qu´? ıa? e 5. Un tanque de 10 m3 deaire a 500 kPa y 600 K act´a como reservorio de alta temperatura u para un motor de calor de Carnot que expulsa calor a 300 K. Una diferencia de temperatura de 25 o C entre el aire del tanque y la secci´n de alta temperatura del ciclo es necesaria para o transferir calor. El motor de calor corre hasta que la temperatura del aire cae debajo de 400 K y despu´s se detiene. Asuma que el calor espec´ eıfico del aire es constante y encuentre cuando trabajo es entregado por el motor de calor. 6. Un gas ideal con calor espec´ ıfico constante, se expande a trav´s de un proceso reversible y e politr´pico con exponente, n = 1.4. Si el gas es di´xido de carbono, la transferencia de calor o o para este proceso ser´ positiva, negativa o cero? a 7. Considere una peque˜a pistola de aire con un cilindro convolumen de 1 cm3 a 250 kPa y 27 n o C. La bala act´ a como un pist´n e inicialmente esta sujetada por el gatillo. La bala se libera u o de tal forma que el aire se expande en un proceso adiab´tico. Si la presi´n debe ser 100 kPa a o cuando la bala sale del cilindro, encuentre el volumen final y el trabajo realizado por el aire. 1

8. Agua en estado l´ ıquido entra a una bomba a 15 o C y 100 kPa, ysale a una presi´n de 5 MPa. o Si la eficiencia isentr´pica de la bomba es del 75 %, determine la entalp´ del agua a la salida o ıa de la bomba. 9. Una peque˜a turbina de aire con una eficiencia isentr´pica del 80 % debe producir 270 kJ/kg n o de trabajo. La temperatura a la entrada es de 1000 K y descarga a la atm´sfera. Encuentre la o presi´n de entrada requerida y la temperatura de descarga. o 10.Se tiene que vapor entra a una turbina a 300o C y a la salida se tiene una presi´n de 20 kPa. o Se estima que la eficiencia isentr´pica de la turbina es de 70 %. ¿Cu´l es la presi´n m´xima a o a o a la entrada de la turbina para que el fluido a la salida no est´ en estado de saturaci´n? e o 11. Una turbina de dos etapas recibe aire a 1160 K y 5.0 MPa. La primera etapa descarga a 1 MPa, y esta es laentrada para la segunda etapa, la cual descarga a 200 kPa. Cada etapa tiene una eficiencia isentr´pica del 85 %. Encuentre el trabajo espec´ o ıfico en cada etapa, la eficiencia isentr´pica global y la entrop´ global generada. o ıa 12. Considere un compresor de aire que recibe aire del ambiente a 100 kPa y 25 o C y lo comprime a una presi´n de 1 MPa y a una temperatura de 540 K. Como el...
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