Unidad II 1

1.- Determinar las propiedades del agua en cada uno de los siguientes estados.

Estado
T ( ºC )
P ( KPa )
u ( KJ/Kg )
X
Fase
1

200

0.6

2
125

1600


3

1000
2950


4
75
500



5

850

0.0


Estado 1 P = 200 KPa X = 0.6
X = 0.6 → 60% es vapor y el 40% es líquido → mezcla saturada
Tablas termodinámicas A – 2. Agua saturada a P = 200 KPa
T = 120.23 ºC uf =504.49 KJ/Kg ug = 2529.5 KJ/Kg ufg = 2025.0 KJ/Kg
u = uf + X ufg → u = 504.49 + 0.6 x 2025.0 = 1719.49 KJ/Kg

Estado 2 T = 125 ºC u = 1600 KJ/Kg
Tablas termodinámicas A – 1. Agua saturada a T = 125 ºC
uf = 524.74 KJ/Kg ug = 2534.6 KJ/Kg ufg = 2009.9 KJ/Kg
uf > u > ug → mezcla saturada
P = P sat = 232.1 KPa
u = uf + X ufg → X = (u –uf) / ufg → X = (1600 – 524.74) / 2009.9 = 0.535

Estado 3 P = 1000 KPa u = 2950 KJ/Kg
Tablas termodinámicas A – 2. Agua saturada a P = 1000 KPa
ug = 2583.6 KJ/Kg → u > ug → vapor sobrecalentado
Tablas termodinámicas A – 3. Vapor sobrecalentado a P = 1000 KPa
T ( ºC ) u ( KJ/Kg )
350 2875.2
T agua 2950
400 2957.3Interpolando:
Lo cual es hallar la ecuación de la recta con los puntos (2875.2 , 350) y (2957.3 , 400)
T – T2 = m(u – u2) → m = (T2 – T1) / (u2 – u1) → m = (400 – 350) / (2957.3 – 2875.2) = 0.609
T – 400 = 0.609(u – 2957.3) → T = 0.609u – 1801.0 + 400 → T = 0.609u – 1401.0
Sustituyendo u = 2950 KJ/Kg → T = 0609 x 2950 – 1401.0 = 395.55 ºCEstado 4 T = 75 ºC P = 500 KPa
Tablas termodinámicas A – 2. Agua saturada a P = 500 KPa
T sat = 151.86 ºC → T < T sat → líquido comprimido
Tablas termodinámicas A – 1. Agua saturada a T = 75 ºC
u ≈ uf = 313.90 KJ/Kg

Estado 5 P = 850 KPa X = 0.0
X = 0.0 → líquido saturado
Tablas termodinámicas A – 2. Agua saturada a P = 200 KPa
T = T sat = 172.96ºC u = uf = 731.27 KJ/Kg

Estado
T ( ºC )
P ( KPa )
U ( KJ/Kg )
X
Fase
1
120.23
200
1719.49
0.6
mezcla saturada
2
125
232.1
1600
0.535
mezcla saturada
3
395.55
1000
2950
-
vapor sobrecalentado
4
75
500
313.90
-
líquido comprimido
5
172.96
850
731.27
0.0
líquido saturado

2.- Un tanque rígido contiene 50 kg de agua líquida saturada a 90 ºC. Determinar la presión en el tanque y el volumen deltanque.
Solución:
Tablas termodinámicas A – 1. Agua saturada a T = 90 ºC
P sat = 70.14 KPa → P tanque = 70.14 Kpa
vf = 0.001036 m³/Kg → v = V/m → V = m v
V = 50 x 0.001036 = 0.0518 m³


3.- Una masa de 200 g de agua en estado líquido saturado es completamente vaporizada a presión constante de 100 kPa. Determinar el cambio de volumen.
Solución:
Tablas termodinámicas A – 2.Agua saturada a P = 100 KPa
vf = 0.001043 m³/Kg vg = 1.6940 m³/Kg
vfg = vg – vf → 1.6940 – 0.0001043 = 1.6939 m³/Kg
v = V/m → V = m v → V = 0.2 x 1.6939 = 0.3388 m³




4.- Un tanque rígido contiene 10 kg de agua a 90 ºC. Si 8 kg del agua está en forma líquida y el resto está en forma de vapor. Determinar la presión dentro del tanque y el volumen del tanque.Solución:
Tablas termodinámicas A – 1. Agua saturada a T = 90 ºC
P sat = 70.14 Kpa → P tanque = 70.14 Kpa
vf = 0.001036 m³/Kg vg = 2.361 m³/Kg
V tanque = mf vf + mg vg
V tanque = 8 x 0.001036 + 2 x 2.361 = 4.73 m³
Utilizando la calidad:
X = mg / mt → X = 2 / 10 = 0.2
V = vf + X vfg → V = vf + X (vg – vf)
V = 0.001036 + 0.2 (2.361 – 0.001036) = 0.473 m³
v = V/m→ V = m v → V = 10 x 0.4730 = 4.73 m³

5.- Determinar la temperatura del agua a una presión de 0.5 MPa y una entalpía de 2890 KJ/Kg
Solución:
Tablas termodinámicas A – 2. Agua saturada a P = 0.5 KPa
hg = 2748.7 KJ/Kg → h > hg → vapor sobrecalentado
Tablas termodinámicas A – 3. Vapor sobrecalentado a P = 0.5 MPa
T ( ºC ) h ( KJ/Kg )
200 2855.4
T agua...