Termodinamica

Curso de Termodinámica Guía Nº 4 1.- Durante una pausa del servicio , la presión en un generador de vapor (caldera) de 5 m3 de capacidad y que contiene 3000 kg de agua líquida y vapor de agua ha descendido su presión a 2 bar. Se desea elevar su presión hasta su valor normal de 20 bar, determinar la cantidad de calor necesaria para ello y la masa de agua que ha de vaporizarse
2.- Se tiene ungenerador de vapor que recibe agua a 40 ºC y 120 bar y la entrega como vapor recalentado a 650 ºC y 120 bar. Recibe calor de una fuente térmica que tiene 1000 ºC. La temperatura del medio ambiente es Tu es de 20 ºC Calcular: a) La exergía que recibe el fluido b) El aumento de exergía del fluido c) La exergía perdida 3.- En un estanque de 2 m3 de volumen térmicamente aislado, se tienen 150 kg de agualíquida y vapor de agua a 150 ºC. Por otro lado se tiene un segundo sistema compuesto por 50 kg de hielo a presión de 1 bar y temperatura de -10 ºC.
3. Práctica de laboratorio:
Conducción del calor. Conductividad térmica
3.1. Objetivos
1. Analizar la transmisión de calor por conducción a través de paredes planas en régimen
estacionario.
2. Estudiar la distribución de temperaturas en régimenestacionario en paredes planas.
3. Calcular el flujo de calor en paredes de diferentes materiales.
4. Determinar la conductividad térmica de diversos materiales aislantes.
5. Analizar la transmisión de calor por conducción en paredes compuestas.
3.2. Equipo experimental
El elemento básico experimental en la práctica consiste en una casa térmica de
laboratorio, recinto cerrado en forma cúbica,con paredes laterales reemplazables, que
permite determinar el coeficiente global de diversas paredes y ventanas y las
conductividades térmicas de los diferentes materiales de las que se componen mediante la
medición de las temperaturas en el interior y exterior de las paredes, siendo las del aire
interior y exterior constantes (estado estacionario).
La medida de las temperaturas en lospuntos característicos del sistema se lleva a
cabo por medio de termopares de superficie tipo K mediante un grabador PLW Picolog
Recorder.
Debido a la existencia de un gradiente de temperatura en la dirección vertical del
sistema, todas las medidas se han de realizar a la misma altura. A tal efecto, el prototipo de
casa posee un orificio en cada una de sus aristas, situado a la misma altura, afin de
determinar las temperaturas en el interior y en las superficies de las paredes.
Los termopares utilizados para medir la temperatura del aire interior se deben
introducir aproximadamente 5 cm en su interior y para medir las temperaturas de las
superficies de las paredes, el extremo del termopar se ha de asegurar firmemente en las
cavidades laterales de ellas.
Dentro de la casa seencuentra instalada una lámpara de 100 W, utilizada como fuente
calefactora, que acoplada a un termostato permite mantener virtualmente constante la
temperatura interior. El selector de temperaturas del termostato se debe ajustar en la cuarta
división graduada, consiguiéndose aproximadamente una temperatura interior de 60°C.
Termodinámica Técnica
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El equipo se completa con diversas capas dedistintos materiales que pueden
acoplarse, de manera sencilla, en los laterales de la casa para formar diferentes disposiciones
de paredes simples y compuestas:
- Madera de diferentes espesores (1, 2, 3 y 4 cm).
- Poliestireno expandido de diferentes espesores (2, 3 y 4 cm).
- Poliestireno extruido de 3 cm de espesor.
- Vidrio ordinario de 0.5 cm de espesor.
- Vidrio aislado de 2 cm de espesor.- Cartón prensado de 0.5 cm de espesor.
- Caucho de 0.3 cm de espesor.
- Plástico de 0.3 cm de espesor.
3.3. Fundamentos teóricos
Supongamos una pared plana simple de un material de conductividad térmica
constante, K, y de espesor e, en contacto por sus dos superficies exteriores con aire a
diferentes temperaturas. Una vez alcanzado el régimen estacionario las superficies de las
paredes...