FACULTAD DE INGENIERÍA

DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS

COORDINACIÓN DE FÍSICA Y QUÍMICA

SECCIÓN ACADÉMICA DE TERMODINÁMICA

TERMODINÁMICA (1437) Y TERMODINÁMICA (0068)

PRIMER EXAMEN FINAL

TURNO VESPERTNO

MARTES 28 DE MAYO DE 2019 15:30 h, SEM 2019-2

Nombre del alumno: ________________________________________________ Firma: _________________

Instrucciones: Resuelva cuatro de los seis problemas propuestos en un máximo de dos horas. Se permite la

consulta de cualquier documento propio. Se prohíbe el uso de cualquier otro dispositivo que no sea la

calculadora.

1. Durante un proceso isobárico, un gas ideal confinado en un sistema cilindro-émbolo se comprime

disipándose 10 [𝑘𝐽] de calor. Si las condiciones iniciales son 100 [𝑘𝑃𝑎] manométricos y 0.2 [𝑚3], calcule en

[𝑚3], el volumen final. Considere que la variación de energía interna en el proceso fue −400 [𝐽] y

𝑃𝑎𝑡𝑚 = 77 [𝑘𝑃𝑎].

2. A una bomba centrífuga ingresan 3000 [𝑘𝑔

𝑚𝑖𝑛] de agua (𝜌𝑎 = 1000 [

𝑘𝑔

𝑚3]) a 95[𝑘𝑃𝑎] manométricos.

Sabiendo que la temperatura de entrada y salida de agua es 25[℃], que el tubo de entrada y de descarga se

encuentran al mismo nivel, que el diámetro de entrada es de 15[𝑐𝑚] y el de descarga de 10[𝑐𝑚] y que en la

salida existen 125[𝑘𝑃𝑎] manométricos, calcule en [𝑘𝑊], la potencia de la bomba. Considere la

𝑃atm=77 [𝑘𝑃𝑎].

3. A una turbina ingresan 378 [𝑘𝑔

𝑚𝑖𝑛] de vapor de agua a 35 [𝑀𝑃𝑎] y entalpia específica de 3560.7 [

𝑘𝐽

𝑘𝑔].

Posteriormente, se realiza una extracción del vapor con entalpia específica de 3157.9 [𝑘𝐽

𝑘𝑔] para un proceso

industrial que representa el 35 (%) del flujo inicial, y el resto del vapor se descarga de la turbina con entalpia

específica de 384.4 [𝑘𝐽

𝑘𝑔]. Si durante el proceso se disipan 4500 [

𝑘𝐽

𝑠] de calor, calcule en [𝑀𝑊], la potencia

generada por la turbina.

4. Una central carboeléctrica produce 350 [𝑀𝑊] con una eficiencia del 33 [%]. Sabiendo que el poder

calorífico del carbón es 28 [𝑀𝐽

𝑘𝑔], calcule en toneladas, la cantidad de carbón que se consume en un periodo

de 20 [ℎ].

5. A un compresor adiabático ingresan 0.0831 [𝑘𝑔

𝑠] a 200 [𝑘𝑃𝑎] de vapor saturado del refrigerante 134a, y

salen a 0.8 [𝑀𝑃𝑎]. Si la potencia eléctrica consumida por el compresor durante el proceso es 4.36 [𝑘𝑊],

calcule la temperatura del refrigerante a la salida del compresor.

6. A un condensador ingresan 10 [𝑘𝑔

𝑠] de vapor de agua a 600 [𝑘𝑃𝑎] y 250 [°𝐶]. Por otra sección del

condensador ingresan 113.2 [𝑘𝑔

𝑠] de refrigerante 134a a 400 [𝑘𝑃𝑎] y 2 [°𝐶] para provocar el condensado,

saliendo a 10 [°𝐶]. Si el vapor de agua sale como líquido saturado, calcule en [𝑘𝑊

𝐾], la generación de entropía

del sistema.

MARTES 28 DE MAYO DE 2019 15:30 h, SEM 2019-2

RESOLUCIONES

1.

𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑚𝑎𝑛 = (77 + 100)[𝑘𝑃𝑎] = 177[𝑘𝑃𝑎]

2 1,Q W U W U Q P V V U Q

3 3

2 1

0.4 100.2 0.145

177

kJ kJU QV V m m

P kPa

3

2 0.145V m

2.

(1) (1) (2) (2)

3000 50 ;min

77 95 172 ; 77 125 202ab atm man ab atm man

kg kgm

s

P P P kPa kPa P P P kPa kPa

1 2 1 2 1 225 ; ; 0.15[ ]; 0.1[ ]T T C z z m m

2 2 2 12 1

1

2

P PW m V V

De :m VA

1 2

2 21 2

3 3

50 50

2.829 ; 6.366

1000 0.15 1000 0.14 4

kg kg

m m m ms sV V

kg kgA s A sm m

m m

2 2

3

202 172150 6.366 2.829

21000

kPakg m mW

kgs s s

m

2 3

250 16.2613 30 2313.065

kg m Pa mW W

s kgs

2313.065 2.313W W kW

3.

1 2 1 3 1 2378 6.3 ; 0.35 ;min

kg kgm m m m m m

s

3 2 1 3 1 1 1 13 2 1 ; 0.35 1 0.35 0.65TW m h m h m h Q m m m m m

1 3 2 10.65 0.35 6.3 0.65 384.4 0.35 3157.9 3560.7 4500T

kg kJ kJW m h h h Q

s kg s

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DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS

COORDINACIÓN DE FÍSICA Y QUÍMICA

SECCIÓN ACADÉMICA DE TERMODINÁMICA

TERMODINÁMICA (1437) Y TERMODINÁMICA (0068)

PRIMER EXAMEN FINAL TURNO VESPERTINO

SOLUCIONES

6.3 249.860 1105.265 3560.7 4500 6.3 2205.575 4500 9395122.5T

kg kJ kJ kg kJ kJW W

s kg s s kg s

9395122.5 9.39TW W MW

4.

3501060606061 1060.606

0.33s

s

MWW WQ W MW

Q

1060.606

37.878

28

MJ

Q kgsm

q sMJ

kg

360037.878 20 2727272.727

1

skgm horas kg

s hora

2727272.727 2727.3m kg ton

5.

�̇� = �̇�(ℎ2 − ℎ1)

ℎ2 =�̇�

�̇�+ ℎ1

De tablas de vapor saturado del R134a:

{𝑃1 = 200 [𝑘𝑃𝑎]

𝜒 = 1

𝑣1 = 0.099867 [𝑚3

𝑘𝑔]

ℎ1 = 244.46 [𝑘𝐽

𝑘𝑔]

Entonces:

ℎ2 =4.36 [𝑘𝑊]

0.0831 [𝑘𝑔𝑠 ]

+ 244.46 [𝑘𝐽

𝑘𝑔]

ℎ2 = 296.926 [𝑘𝐽

𝑘𝑔]

De tablas de vapor sobrecalentado

{

𝑃2 = 0.8 [𝑀𝑃𝑎]

ℎ2 = 296.926 [𝑘𝐽

𝑘𝑔]

La temperatura es 𝑇2 ≈ 60[°𝐶]

6.

{

𝑃1 = 600 [𝑘𝑃𝑎]

𝑇1 = 250 [°𝐶]

𝑠1 = 7.1833 [𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

{

𝑃2 = 600 [𝑘𝑃𝑎]

𝑠2 = 1.9308 [𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

{

𝑃3 = 400 [𝑘𝑃𝑎]

𝑇3 = 2 [°𝐶]

𝑠3 = 0.21415 [𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

{

𝑃4 = 400 [𝑘𝑃𝑎]

𝑇4 = 10 [°𝐶]

𝑠4 = 0.9305 [𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

�̇�𝑔 = �̇�1(𝑠2 − 𝑠1) + �̇�2(𝑠4 − 𝑠3)

�̇�𝑔 = 10 [𝑘𝑔

𝑠] (1.9305 − 7.1833) [

𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾] + 113.2 [

𝑘𝑔

𝑠] (0.9305 − 0.21415) [

𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

�̇�𝑔 = 10 [𝑘𝑔

𝑠] (−5.2528) [

𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾] + 113.2 [

𝑘𝑔

𝑠] (0.71635) [

𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

�̇�𝑔 = 28562.82 [𝑊

𝐾]

�̇�𝑔 = 28.562 [𝑘𝑊

𝐾]