3 Termo Sem PLey Sistemas Abiertos 13 1
División de Estudios Profesionales para Ejecutivos
TERMODINÁMICA APLICADA
Seminario Nº3
Primera Ley de la Termodinámica. Aplicación en sistemas abiertos
Balance de masa.
1) Una sala de fumar debe admitir a 15 fumadores. El requisito mínimo de aire fresco para salas de fumar debe ser 30 L/s por personas (ASHRAE, Norma62, 1989). Determine el flujo mínimo de aire fresco que se debe suministrar a la sala y el diámetro del ducto, para que la velocidad del aire no sea mayor de 8 m/s
Prob. 1 Prob. 3
2) A través de un tubo de sección transversal variable circula aire. A la entrada del tubo la presión es de 6 bares, la temperatura de 27°C, el área es 35 cm2 y la velocidad de 60 m/s. A la salida deltubo las condiciones son 5 bares, 50°C y el área de la sección transversal de 20 cm2. Hallar (a) gasto másico en kg/s; (b) velocidad a la salida del tubo, m/s.
3) Una manguera de jardín, con una boquilla, se usa para llenar un tanque de 20 galones. El diámetro interior de la manguera es de 1 pulg, que se reduce a 0.5 pulg en la salida de la boquilla. Si la velocidad promedio del agua en la mangueraes de 2.4 m/s, determine: a) los flujos volumétrico (caudal) y másico del agua en la manguera, b) tiempo que se demorará llenar el tanque, c) velocidad del agua al salir de la boquilla
Primera Ley (balance de energía)
4) Una secadora de cabello no es más que un ducto donde hay varias resistencias eléctricas. A una secadora de cabello de 1.20 kW entra 3.5 kg de aire/min a 100 kPa y 22oC. Lavelocidad del aire al entrar es de 5.0 m/s y al salir 6.0 m/s. La presión puede considerarse constante. Despreciando las pérdidas de calor a través de las paredes de la secadora, determine la temperatura del aire al salir de la secadora
Dato: CP (aire) = 1.0034 kJ/kg.oC
CV (aire = 0.717 kJ/kg. oC
Turbina
5) Un gas ideal se expande en una turbina adiabática desde 1200 Ky 600 kPa hasta 700 K. Determine en m3/s, el flujo volumétrico requerido del gas al entrar a la turbina para producir una potencia de 200 kW,
a) Si la eficiencia de la turbina es 100%.
b) Si la eficiencia de la turbina es de 70%
Datos: Para el gas: CP = 1.13 kJ/kg.oC Masa molar = 30 kg/kmol
6) La entrada a una turbina de una minicentral hidroeléctrica está localizada a una elevaciónde 100 metros sobre la salida. Los conductos de entrada y de salida tienen 1 metro de diámetro. El agua entra con una velocidad de 3 m/s a una temperatura de 20°C y pasa a través de una turbina sin que cambie apreciablemente su temperatura y presión. La transferencia de calor entre la turbina y su entorno también se puede despreciar. a) Calcular la potencia máxima que entrega la turbina en estadoestable, b) Si la eficiencia del generador eléctrico es de 90%, calcular la potencia eléctrica entregada.
7) A una turbina que funciona las 24 horas del día, entra 5 kg/s de gases a 740 K, 6 bar y 120 m/s. El estado de salida es 450K, 1 bar y 220 m/s. Calcule la potencia máxima desarrollada por la turbina. Si esta turbina está acoplada a un generador eléctrico que tiene una eficiencia de 95%,¿cuál es la producción de corriente eléctrica en un mes (kwh)?
Datos para el gas: Cp = 1.005 kJ/kg.K
Bomba
8) Un tubo aislado de 8 cm de diámetro transporta agua desde un depósito hasta una bomba que se halla a 4 m por encima del nivel del depósito. El agua entra en el tubo de 8 cm a 95 kPa, 15°C y 3 m/s. La bomba descarga a través de un tubo de 5 cm a 500 kPa y 7.5 m/s.Determinar la potencia mínima necesaria para hacer funcionar la bomba. Si la eficiencia global es 86%, cuál es el consumo de electricidad en un mes si la bomba funciona 8 horas diarias
9) Una bomba eleva la presión de agua desde 100 kPa, 15oC hasta 700 kPa. El flujo volumétrico de agua es de 15 L/s, los diámetros de succión y descarga son de 5 cm y 8 cm, respectivamente. El aumento de temperatura...
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