Fluidos

 Un dispositivo cilindro-émbolo con un conjunto de topes contiene 10 kg de Freón-12 (R-12). Al principio 8 kg de R-12 están en fase líquida y la temperatura es -10°C. Setransfiere más calor al refrigerante hasta que el émbolo toca los topes superiores punto enel cual el volumen es 400 litros. Determine a. La temperatura cuando el émbolo toca lostopes, b. Trabajo realizado durante elproceso.Datos Estado 1 Estado 2 m1= 10 kg m2= 10 kgSolución mf = 8 kg V2 = 400 l mg = 2 kg T1= la °C a. Para determinar -10temperatura en el instante que el émbolo toca los topes, es necesario identificar el estado termodinámico y buscar la temperatura en el estado correspondiente. En el estado final el R-12 ocupa un volumen de 400 litros y la masa es 10 kg, ya que no se introdujo ni se extrajo masa delsistema, como el dispositivo es un cilindro émbolo y no se especifica que durante el proceso de expansión la presión cambió con la variación de volumen se considerará que es un proceso isobárico. El volumen especifico del sistema en el estado final V2 0,4m 3 m3 ν2 = = = 0,04 m2 10kg kg La presión en el estado 2 es igual a la presión inicial P2 = P1 = Psat T1 = 0,2191MPa Para identificar el estadotermodinámico se buscan los volúmenes específicos del líquido y vapor saturado en la tabla de saturación a la presión final m3 m3 νf 0 , 2191MPa = 0,0007 y νg 0 , 2191MPa = 0,076646 kgm kgm Comparando éstos volúmenes específicos con el del estado final m3 m3 m3 m3 0,04 > 0,0007 y 0,04 < 0,076646 kg kg kg kg se determina que el estado termodinámico es mezcla líquido y vapor; por lo tanto 24TERMODINÁMICA.
 25. TEMA 3: TRABAJO Y CALOR T2 = Tsat P 2 = 0 , 2191MPa = −10°Cb. Durante el proceso, el R-12 sufrió una expansión a presión y temperatura constante, y el estado termodinámico inicial y final son mezcla líquido vapor. Su representación en un diagrama Pv es la siguiente: m3/kgLa cantidad de trabajo efectuado se calcula por la siguiente ecuación Wisobárico = P(V2 − V1 )P= 0,2191MPaV2=0,4 m3V1=?Por ser una mezcla líquido vapor ⎡ m3 2kg m3 ⎤ m3ν 1 = ν f + xν fg = ⎢0,0007 + × (0,076646 − 0,0007) ⎥ = 0,016029 ⎣ kgm 10kg kg ⎦ kg 25 TERMODINÁMICA.
 26. TEMA 3: TRABAJO Y CALOR m3 V1 = ν 1 × m1 = 0,016029 × 10kg = 0,16029m 3 kg El trabajo total realizado por el sistema durante la expansión, el signo es del es positivo ya que el mismo es realizado por el sistema. 1000kJ Wisobárico= P(V2 − V1 ) = 0,2191Mpa × (0,4 − 0,16029)m 3 = 0,05252MJ × = 52,52kJ 1MJ6) Un cilindro vertical contiene 0,185 lbm a 100°F, el volumen inicial encerrado debajo delembolo es 0,65 pie3. El embolo tiene un área de 60 pulg2 y una masa de 125 lbm.Inicialmente el embolo descansa sobre los topes. La presión atmosférica es de 14 psia yla aceleración de la gravedad es de 30,9 pie/seg2. Entonces setransmite calor hasta queel cilindro contiene vapor saturado. Determine:a) ¿Cual es la temperatura del agua cuando el embolo comienza a levantarse de lostopes?b) Cuanto trabajo ejecuta el vapor de agua durante el proceso.c) Dibuje el diagrama P-v y T-v de todo el proceso.Esquema del Estado inicial. v + LSOLUCIÓN: EDO 1 EDO 2 EDO 3 m1=0,185 lbm m2= m1=0,185 lbm m2= m1= m3= 0,185 lbm T1 = 100 ºF V2 =0,65 pie3 Edo: Vapor Saturado V1 = 0,65 pie3 Ae = 60 pulg2 Ae = 60 pulg2 Edo = L+V me= 125 lbm me= 125 lbm Ae = 60 pulg2 me= 125 lbmLa masa permanece constante ya que es un sistema cerrado y no hay intercambio demasa.En el estado inicial el embolo descansa sobre los topes. Por lo tanto la presión inicial delsistema es la presión de saturación a 100 ºF, ya que el estado 1 esta como mezclaliquido+vapor.Para responder la letra a) debemos primero hacer un balance de fuerzas para determinara que presión se comenzara a levantar el embolo de los topes. Ya que nos hanproporcionado la data suficiente para el calculo del peso del embolo debemos incluirlo enel balance de fuerza. Este queda del siguiente modo: ∑ F = Patm ∗ Ae + We = Psistema * Ae = 0Despejando La Presión del sistema 26 TERMODINÁMICA....