Taller termodinamica

TALLER DE TERMODINÁMICA
ANÁLISIS DE ENERGIA EN SISTEMAS CERRADOS
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

Presentado por:
Carlos Yesid Vargas
Cód.: 200711820
Jaime Andrés Jiménez
Cód.: 200711710

Presentado al Ingeniero:
LUIS ANGEL LARA
ING. INDUSTRIAL UPTC.

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
ESCUELA INGENIERIA DE MINAS
SOGAMOSO
2011

1. Un recipiente de 20 m3contiene nitrógeno a 23 °C y 600 Kpa. Se deja escapar un poco de nitrógeno hasta que la presión del recipiente disminuye a 400 Kpa. Si la temperatura en este punto es de 20°C, determine la cantidad de nitrógeno que ha escapado.

Utilizamos la ecuación de estado:
600 Kpa
20 m3
23° C

PV=mRT
m1=P1 v1RT1

Solución:

m1=600 Kpa*20 m30.2968 Kpam3Kg*K*296 Km1=136.59 Kg

Est 1 | Est 2 |
T1 = 23 + 273 = 296 k | T2= 20 + 273 = 293 k |
P1= 600 Kpa | P2= 400 Kpa |

m2=P2V2RT2
m2=400 Kpa*20m30.2968 Kpam3Kg*K*293 K

m2= 91.99 Kg
Luego
Δm=m1-m2
Δm=136.59Kg - 91.99Kg
Δm=44.6 Kg
rta: 44.6 Kg es la cantidad de nitrogeno que se escapa del tanque.

2. Un recipiente cuyo volumen se desconoce se divide en dos partes pormedio de una separación. Uno de los lados contiene 0.01 m3 de refrigerante 134a, el cual es un líquido saturado de a 0.8Mpa, el otro lado esta vacio. Después se elimina la separación y la refrigerante llena todo el recipiente. Si el estado final del recipiente es de 20°C y 400 Kpa determine el volumen del recipiente.


V: 0.01m3
P: 0.8Mpa




m=V1v1tal que v1=vf @0.8Mpa=0.0008454 m3Kg
m=0.01m30.0008454 m3Kg= 11,83 Kg
Si el estado final del recipiente es de 20°C y 400 Kpa pasa a ser un liquido sobrecalentado
P2 = 400 Kpa
T2 = 20 °C
V2 =?

Interpolamos
20 | 0.11394 |
25 | X = v2 |
30 | 0.11856 |

X = v2 = 0.11625 m3Kg
Volumen del tanque es igual a:
V2=mv2=11,83 Kg*0.11625 m3Kg
Volumen del tanque=1.375 m3
3. Un dispositivo decilindro embolo contiene inicialmente gas helio a 150 Kpa,20ºC y 0.5m3.el helio se comprime ahora en un proceso poli trópico (PV:constante),hasta 400Kpa y140ºC.determinar la pérdida o ganancia de calor durante este proceso. Y el trabajo del gas.
Solución:
P1V1n = constante ó P2V2n= constante
P1/P2= V2n/ V1n P1/P2=(V2/V1)n
Ecuación de estado:
P1V1=mRT1 R= 2.0769 Kj/KgºK
Mhelio= P1V1/RT1
M helio= 150KPa* 0.5m3/ 2.0769 (KPam3/ KgºK) (20+273.15)ºK
M helio= 0.1192 Kg
Para V2 = 0.1192Kg* 2.0769KPam3/KgK * (140+273.15)ºK/ 400KPa
V2= 0.255705 m3
Efectivamente V2<¨V1 por la compresión.
Calculando n de 1
P1/P2=(V2/V1)n= log (P1/P2) = Log (V2/V1)n
Por propiedad de logaritmos
log (P1/P2) = n Log (V2/V1)
n= log (P1/P2)/ log(V2/V1)
n= log (150/400)/log(0.255705/0.5)
n= 1.462648 = exponente poli trópico

trabajo del gas:
W1-2=12pdv
Pvn= k
P= Kv-n
W1-2=12pdv
W1-2= P2V2-P1V1/ 1-n
Reemplazando
W1-2= (400KPa*0.2557 m3) –(150KPa*0.5 m3)/ 1-1.462648
W1-2= - 58.96923 Kg
Por la primera ley:
Q-W =ΔU
Q= ΔU+W
Q= mCv ΔT+W
Q= (0.1192Kg*(3.1156Kj/Kg*K(413.15-293.15)*K))+(-58.9692Kg)
Q=-14.40368Kj
El signo indica que es un calor de salida por lotanto es de perdida.

SECCION TRABAJO Y TRANSFERENCIA DE CALOR

V= 3ft³
P= 30 psi
X=90%
4. Un recipiente de 3 ft3 se llena de vapor de agua a 30 psi y calidad del 90%. Calcular la cantidad de calor que debe vestirse del recipiente para reducir la presión a 20 psi.

V=3 Ft3 H =?
Fluido Vapor de H2O P2=20 Psi
P1=30 Psi
X = 30 %

E=u+Ec+Ep
ΔE = Δu + ΔEc + ΔEp V=v*m
Q= ΔE = Δu, en sistemas cerrados y estacionarios. m=Vv
Δu=(U2-U1) Va=volumen calculado
ΔE=Q-W Va=Vf+xVg*f
u1=uf+xug*f

Desarrollo 1er Condición

u1=218.84BUTLbm+ 0.9*869.2BUTLbm= 1001.12BUTLbm
v1=0.017004Ft3Lbm+ 0.9*13.730Ft3Lbm= 12.38Ft3Lbm
m=3Ft312.38Ft3Lbm=0.2424 Lbm

Desarrollo 2de Condición

X2= V2-Vf2Vfg2 = 12.38Ft3Lbm- 0.016830Ft3Lbm20.074Ft3Lbm = 0.61 = 61%...