mecanica

PROBLEMAS DE FÍSICA TÉRMICA
SISTEMAS ABIERTOS
1. En un difusor troncocónico y adiabático, entra aire a 80.0kPa y -8.0°C manteniendo una
velocidad estacionaria de entrada de 200.0ms-1. El aire sale por la base mayor a la presión
de 95.0kPa. Calcule la temperatura y velocidad de salida sabiendo que la superficie de
salida es cuatro veces mayor que la de entrada y suponiendo que el aire secomporta de
forma ideal con cv=5R/2 y M=29.00gmol-1.
R./ 13°C,45ms-1

2. En un difusor adiabático entra aire a 127.0°C y 0.10MPa; en régimen estacionario el gasto
del difusor es 8000kgh-1 y la presión de salida 0.12MPa. Si la velocidad disminuye al
atravesar el difusor de 230.0ms-1 a 30.0ms-1 encuentre la temperatura de salida y el área de
salida del difusor. El aire se comporta de forma idealcon cv=5R/2 y M=29.00gmol-1.
R./ 153°C, 754cm2

3. Un gas ideal (cv=3R y M=18.0gmol-1) entra en una espita en régimen estacionario a 1.7MPa
y 371.0°C en el orificio de entrada de 1.86dm2. El gasto es 4.54kgs-1 y el gas sale a
1.36MPa y con una velocidad de 275ms-1. La pérdida de calor a través de las paredes de la
espita se estima que es 2791Jkg-1. Determine la velocidad de entrada, latemperatura de
salida del gas y el area de salida.
R./ 42.2ms-1, 342.3°C

4. Un gas ideal (cv=5R/2, M=29gmol-1) entra estacionariamente en un difusor a 80kPa, 27°C y
220ms-1 con un gasto de 2.50kgs-1, mientras que sale a 42°C. El área de salida es de
400cm2 y se estima que las pérdidas por las paredes son 18kJs-1. Halle la velocidad y la
presión de salida.
R./ 62ms-1, 91kPa

5. Un flujo deargón (ideal, cv=3R/2, M=39.94gmol-1) mueve estacionariamente una turbina
adiabática; para ello entra a 0.80MPa y 400°C con una velocidad de 100ms-1 y sale a
0.15MPa con una velocidad de 200ms-1. El área de entrada de la turbina es de 60.0cm2. Si
la potencia del eje de la turbina es de 250kW determine la temperatura de salida del argón.
R./ 279°C

6. El líquido refrigerante R-12(cp=4.27Jg-1K-1) se enfría con agua en un intercambiador de
calor. El líquido se aporta con una gasto de 6.00kgmin-1 a 60°C y sale a 20°C sin cambiar
de presión. El agua de refrigeración (cp=4.18Jg-1K-1) entra a 15°C y sale a 25°C sin cambio
de presión. Determine el gasto de agua y la potencia calorífica intercambiada.
R./ 408gs-1, -17.1 kW

7. En una gran planta de potencia los gases de combustión seemplean para precalentar el aire
que debe entrar en la cámara de combustión. Tanto los gases como el aire se consideran
ideales diatómicos con M=29gmol-1. El aire entra en el regenerador o intercambiador a
550K y con un gasto de 900kgmin-1. La potencia calorífica intercambiada es de 3.5MW.
Los gases entran en el refrigerador a 800K y salen a 600K. Halle la temperatura del aire a la
salida y elgasto de los gases de combustión.
R./ 782K, 17.4kgs-1

PROBLEMAS DE FÍSICA TÉRMICA. 2005-2006. SISTEMAS ABIERTOS

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8. Considere una ducha común en la que se mezcla agua caliente y agua fría. El agua caliente
entra a 60°C mientras que la fría lo hace a 20°C. Determine la razón entre los flujos de
entrada de agua caliente y fría si la mezcla resultante sale a 45°C e intercambia (pierde)1.0Jkg-1, de masa total, con el exterior que está a 25°C. El calor específico del agua es
4.2JK-1g-1.
·
mc
R./ ----- = 1, 7
·mf

9. Se comprime helio de 0.12MPa y 310K a 0.70MPa y 430K perdiéndose 20Jg-1 durante el
proceso. Determine la potencia requerida si el gasto es 1.5kg.s-1
R./ 960kW

10. Entra aire a 0.30MPa y 87°C en una tobera con una velocidad de 50ms-1 y sale a 0.095MPa
y300ms-1. Se estima que las pérdidas de calor al medio circundante a 17°C son 4Jg-1.
Determine la temperatura de salida y la generación de entropía por unidad de masa.
R./ 40°C,0.20JK-1g-1

11. Una bomba impulsora se encuentra sumergida en un pozo y a través de una tubería vertical
bombea agua hasta una altura de 20m por donde sale el agua a razón de 2kgs-1 y a una
velocidad de 5ms-1. Si la...