termodinamica 2011
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QUIZ VI TERMODINAMICA 2011 – II
1.- La eficiencia de un ciclo es 0.39 y el calor cedido a la fuente de temperatura menor es 15300 kcal. El calor que recibe de una fuente de mayor temperatura, en kilocalorías, es:
DatosEficiencia: 0.39Fuente de baja temperatura: 15300 Kcal
n=Qc−QfQc
0.39=¿ Qc−QfQc
1−0.39=QfQc
Qc= Qf1−0.39
Qc=15300kcal1−0.39
Qc=15300kcal1−0.39
Qc=25081Kcal
2.- Un gas que tiene 3.8 moles y se encuentra a 39.7 kPa se expande isotérmicamente ocasionando un cambio en su entropía de 14.6 J/K. La presión final de este gas, en kPa, es:
∆ S=nR ln (P1P2 )
∆ S=nR ¿
∆ SnR
=¿
ln P2= lnP1–∆ SnR
ln P2=ln 39.7Kpa – (14.6
JK
3.8moles∗8.314Jmol K
)
P2=P1
e( SnR )
P2=39,7kpa
e( 0,01460,0038∗8,314 )
P2=37 ,907 kpa
3.- Un aire tiene una relación de compresión, r, de 2.9. La eficiencia de un ciclo de Otto se mide con la fórmula η = 1 – r (1-γ). Para el aire, γ = 1.4. La eficiencia de este ciclo es:
η=1−r(1−γ )
η=1−2.9(1−1.4 )
η=1−2.9(−0.4 )
η=1−0.65
η=0.347
4.- Un flujo másico de aire de 2899.2 kg/min, 58 ºC y 89 kPa entra a un difusor con una velocidad de 173 m/s. El área transversal de flujo, en m2, es:
m.=2899.2 kgminm.=2899.2
60kgmin
=48.32 kgs
ρ del airte1.2kg
m3
A= m.
ρ∗v→
A=48.32
kgs
ρ∗v→
A=48.32
kgs
1.2kg
m3∗173
ms
area=0.2327m2
5.- Se utiliza un intercambiador de calor para calentar un líquido que tiene una capacidad calorífica de 1.08 kcal/(kg.K) es calentado a razón de 650 kg/h desde 15 ºC hasta 58 ºC utilizando agua caliente que entra a 85 ºC y sale a 51 ºC (la capacidad calorífica del agua es de 1.0 kcal/(kg.K). El agua caliente requerida para este proceso, en kg/h, es:
m.1Cp¿1∆T1=m.2Cp2∆T 2
m.1=650kgh
Cp¿1=1.08 kcal/(kg .K )
∆T 1=(58−15 )=43 ºC
m.2=?
Cp2=1kcal/ (kg . K )
∆T 2=(85−51 )=34 ºC
m.2=m.1Cp¿ 1∆T 1/Cp2∆T2
m2=650kgh
∗1.08 kcalkg . K
∗43hh ºC
1kcalkg . K
∗34 ºC
m2=887.82kgh
h6.- Un sistema de aire acondicionado extrae calor a razón de 3850 kJ/min, mientras consume una potencia eléctrica de 4.6 kW. El flujo de descarga de calor al ambiente, en kJ/h, es:
3850kJmin
∗60=231000 kJh
4.6 kW∗3600=16560 kJh
231000kJh
+16560 kJh
=247560 kJh
7. La capacidad calorífica de un gas viene dada por la ecuación Cp = 4.4 + 22 x 10-3T, siendo T la temperatura en grados Kelvin y las unidades de la capacidad calorífica en calorías/mol.K. Exprese el valor de Cp en función de la temperatura en: 1) Grados Celsius o centígrados 2) Grados Fahrenheit y 3) Grados Rankine
1) Grados Celsius o centígrados
Cp=4.4+22∗10−3T
K=C+273
Cp=4.4+22∗10−3 (C+273 )
Cp=4.4+22∗10−3C+22∗10−3∗273
Cp=10.4+22∗10−3C
2) Grados Fahrenheit
C=59F−32
Cp=10.4+22∗10−3( 59F−32)
Cp=10.4+12.2∗10−3F−0.7
Cp=9.7+12.2∗10−3F
3) Grados Rankine
F=° R−459,67
Cp=9.7+12.2∗10−3∗(° R−459,67)
Cp=−46,37+12.3∗10−3 ° R
8. Por una tobera circula 3,0 kg/s de vapor de agua, el cual entra a 350 ºC y 1700 kPa, y sale a con una velocidad de 300 m/s a 1300 kPa. Si el área de la sección transversal a la entrada es de 0,019 m2 y se consideran despreciables las pérdidas de calor, ¿con qué
velocidad entra el vapor? ¿Con qué temperatura sale? ¿Cuál será el área de la sección transversal a la salida?
PRESIÓN kPa
TEMPERATURA ºC
VOLUMEN ESPECÍFICO m3/kg
DENSIDAD kg/m3
ENTALPÍA kJ/kg
1.700 350 0,16396 6,0990 3.144,7
1.300 329,4 0,20822 4,8026 3.108,4
V 1→
= mp1 A1
V 1→
=3,0kgs
6,0990Kg
m3∗0,019m2
V 1→
=25,88 ms
h2=(ec1−ec 2 )+h1
h2=(V 1→
2−V 2→
2 )+h1
h2=( 25,8822−300
2
2 )∗(m2s )∗(kjkg
1000m2
s2)+3.144,7 kjkg
h2=3100 ,03kjkg
Área de la sección transversal de salida
A2=m
p2V 2→
A2=3,0kgs
4,8026Kg
m3∗300
ms
A2=0 ,002082m2