Termodinámica

TERMODINÁMICA APLICADA

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE
CHIMBORAZO

TERMODINAMICA I

PROBLEMAS RESUELTOS
FACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

ING. CESAR AVALOS INFANTE
Profesor Principal de Termodinámica

MARZO – AGOSTO 2011

Ing. César Ávalos

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TERMODINÁMICA APLICADA
CAPITULO I
VOLÚMENES DE CONTROL
SISTEMAS ABIERTOS
1.1. Un haz de 200 tubosparalelos, cada uno de los cuales tiene un
diámetro interno de 2.00 cm., entra oxigeno a 180 KPa Y 47ºC.
Determíne: a). En m/s la velocidad del gas necesaria a la entrada de los
tubos para asegurar un flujo másico total de 5000 Kg/h y b). La
temperatura de salida en grados Celsius, si las condiciones a las
salidas son 160 KPa y 12,5 m/s.
Solución:
a).
RT
KPaxm 3
320º K 1Kmol
V 
 8,314
xx
P
Kmolx º K 180 KPa 32 Kg .

Vespecifico  0,462

m3
Kg




Av
m 1 1
Vesp

; v1 

m Vesp
A1

Kg
3
h x 1h x0,462 m
m3
0.00321
200 tubos 3600s
Kg
s
v1 

A
A

3,1416 x(2.0) 2 cm 2
1m 2
A d2 
x
 0,00031416m 2
2
2
4
4
100 cm
5000

m3
s  10,2 m
v1 
s
0,00031416m 2
m
v1  10,2
s
0,00321

b).

Vesp 

Av 2




0,00031416m 2x12,5

m

Vesp

25

m
s

Kg
1h
x
h 3600s

m3
 0,5655
Kg

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TERMODINÁMICA APLICADA
m3
.
PV
Kg
T

R
KPa x m 3 1Kmol
8,314
x
.
Kmol º K 32 Kg
160 KPa x 0,5655

T  348,25º K  75,25º C
T  75,25º C

1.2. A un volumen de control en régimen estacionario entra
refrigerante 134a a 5 bar, 100ºC y 7.0 m/s, siendo el diámetro delconducto de entrada de 0,10 m. A la salida del volumen de control la
presión es 0,60 bar y el fluido tiene una calidad del 70%. Si la salida
tiene un diámetro de 0,20 m, determínese a) El flujo másico en Kg/s, y
b) la velocidad de salida en m/s.
Solución:
5 bar
100 ºC
7.0

m
s

V
C

d=0.10 m

0.60 bar
d= 0.20 m
 =0.70

a)


m1 

A1 v1
V1 esp

;

A1 


4

d1 2


4

(0,10) 2  0,007854m 2

A1  0,007854m 2

5 bar 
m3
A
 Vesp  0,05805
100º C 
Kg
.


m

0,007854m 2 x7,0
m3
0,05805
Kg

m
s  0,947 Kg
s

b)
V 2 esp  V f   V fg  V f   (V g  V f )

V 2 esp  0,7097 x10  3  0,70(0,3100  0,7097 x10  3 )
V2 esp  0,21721291

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m3
.
Kg
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TERMODINÁMICA APLICADA
V f  0,7097x10 3
A 0.60 bar

Vg  0,3100

.

v2 


mV2 esp

;

A2

A2 


4

m3
Kg

d2 
2

m3
Kg


4

(0,20) 2  0,031416m 2

Kg
m3
x 0,21721291
s
Kg
m
v2 
 6,55
2
s
0,031416m
m
v 2  6,55
s
0,947

1.3. A un conducto circular entra un flujo másico de 2,22 Kg/s de aire a
300 ºC y 400 KPa. a) Determínese en metros, el diámetro del tubo
necesario paraque la velocidad de entrada sea de 50 m/s, b) Si el aire
sale a 240 ºC y 380 KPa a través de un conducto de 20,0 cm de
diámetro, determínese la velocidad de salida en m/s.
Solución:
a)

v1 esp

RT 8,314 KPa.m 3 / Kmol.º K x 573º K 1Kmol


x
P
400 KPa
29 Kg

V1esp  0  41m 3 / kg


m V1esp 2.22kg / s  0.41m 3 / kg
A1 

 0.0182m 2
v1
50m / s

A1 

d1 

 d1 24

; d1 

4 A1



4  0.0182m 2
 0.152m
3.1416

d1  0.152m
b).

8.314KPa x m 3 / Kmol º K  513º K 1Kmol
m3
V2 esp 

 0.387
380KPa
29 Kg
Kg
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TERMODINÁMICA APLICADA
A2 


4

2
d2 


4

(20.0) 2 cm 2 x

1m 2
 0.031416m 2
100 2 cm 2



mV2 esp
1
v2 
 2.22 Kg / sx0.387m 3 / Kgx
A2
0.031416m 2

v2  27.35m
s

1.4. A una turbina entra vapor de agua a 60 bar y 500ºC a una velocidad
de 100m/s y sale como vapor saturado a 0.60 bar. El conducto de
entrada a la turbina tiene un diámetro de entrada de 0.60m y el diámetro
de salida es de 4.5 m. Determínese a) el flujo másico en Kg/h, y b) la
velocidad de salida en m/s.
60 bar
500ºC
100 m/s
0.60 m

0.60 bar
4.5 m

Solución:
a)

vA...