Problemas_propuestos_1era_ley_sistemas_abiertos

Cátedra de Termodinámica General

Universidad de Carabobo
Facultad de Ingeniería
Estudios Básicos
Departamento de Física
Cátedra de Termodinámica General

Problemas propuestos:
Primera ley de la termodinámica (sistemas abiertos)

1. La bomba 1 toma 5 kg/s de agua a 100 kPa y 20 ºC y la
descarga a 1 MPa y 25 ºC, mientras que la bomba 2 descarga el
agua a 5 MPa y 30ºC, tal como se muestra en lafigura.
a) Determine la potencia consumida por cada bomba
b) Si la bomba 1 cede 10 kW de calor y la bomba 2 cede
25 kW, determine la potencia total consumida por las
bombas

2. Una turbina toma vapor de agua a 1,4 MPa y 1000 ºC, el vapor ingresa a la turbina por una
tubería de 0,2 m de diámetro y a una velocidad de 20 m/s, la turbina produce 1,8 MW de
potencia, el vapor a la salida tiene unavelocidad de 500 m/s y la presión es de 0,4 MPa.
Determine la temperatura de salida.
3. El arreglo válvula de estrangulamiento y turbina que se
muestra en la figura debe producir una potencia de 10 MW.
El vapor de agua entra a la válvula a 5 MPa, 500 ºC y una
velocidad de 50 m/s. El vapor entra a la turbina a 4 MPa y
una velocidad de 50 m/s, después de expandirse en ella
sale a 20 kPa, con una calidad de90 % y con una velocidad
de 300 m/s. Determine:
a) La tasa másica de vapor requerida
b) La temperatura de entrada a la turbina
c) Los diámetros de todas las tuberías
4. Una turbina toma 3 kg/s de aire a 5 MPa y 800 ºC, la velocidad de entrada es de 30 m/s y lo
descarga a 100 kPa, 100 ºC y a una velocidad de 500 m/s. La turbina cede 80 kW de calor al
ambiente. Considere el calor específico del aireconstante y evalúelo a 600 K. Determine la
potencia producida por la turbina.
5. La turbina del arreglo de la figura admite vapor a 4 MPa y 400 ºC y los descarga a 100 kPa
con una calidad de 98 %, para luego pasar por un enfriador, del cual sale con una calidad de
85 %. Con el objeto de obtener 0,75 kg/s de líquido saturado a 50 kPa, se utiliza el mezclador
adiabático, en el cual se introduceagua a 20 ºC por el punto 5 y se mezcla con el vapor que
entra por el punto 4. El diámetro del tubo de salida del mezclador es 5 cm.

Compilado por: Prof. Alberto Martínez M. Facultad de Ingeniería – UC. Semestre 1° 2014

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Determine:
a) La tasa de calor disipado en el enfriador
b) La presión, la temperatura y la calidad en el punto 4
c) La tasa másica deagua que se introduce por el punto 4
d) La potencia entregada por la turbina
e) La velocidad del fluido a salida del mezclador
6. Un intercambiador de calor de una fábrica, dotado de bombas de circulación, transfiere
energía térmica entre tres fluidos que no entran en contacto físico durante el proceso. El
intercambiador opera en estado estacionario. Los tres fluidos son aire, agua y aceite, queentran a los sistemas de bombas/compresores al nivel del suelo y a velocidad despreciable,
pasan a través del intercambiador de calor, y salen de él a diversas alturas sobre el nivel del
suelo. En el equipo hay una pérdida de calor a la atmósfera de 19 kJ/s. En la tabla se aportan
más datos. Determine la temperatura del aceite a la salida. (Para el aceite, tomar cp =0,75
kJ/kg K y para el agua, cp =4,18 kJ/kg K).

7. Por una tubería fluye vapor a 200 psia y 600 ºF a un tanque evacuado previamente. Se
conecta mediante una válvula, la cual se abre hasta que la presión dentro del tanque es
200 psia. En ese momento se cierra la válvula. Considere que el proceso es adiabático.
a) Determine la temperatura final en el tanque
b) Si el volumen del tanque es 10 ft3 e inicialmente contiene vaporsaturado a 50 psia,
determine la masa final en el tanque

Compilado por: Prof. Alberto Martínez M. Facultad de Ingeniería – UC. Semestre 1° 2014

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8. Un tanque aislado de 2 m3 de capacidad contiene R-134a a 27 ºC y 25 % de calidad. El vapor
se escapa lentamente a través de una válvula en el tope, provocando una disminución de la
temperatura del R-134a en el...