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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

CEAD – JOSE ACEVEDO Y GOMEZ

TRABAJO COLABORATIVO 1Actividad 6

Fase 1

TERMODINAMICA

Presentado Por:Fabian Andrés López

Cod: 1014224017

Presentado A:Luis Carlos Veloza Gómez

SEPTIEMBRE, 2015

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De acuerdo al último digito de su número de grupo colaborativo cada estudiante deberá trabajar con los datos asignados en la Tabla 1 que se encuentra al final de este documento.

1. Un sistema cerrado pasa por un proceso en el que no hay cambio de energía interna. Durante este proceso, el sistema produce la cantidad de trabajo 99,4 BTU indicada en la Tabla 1. Calcule el calor transferido durante este proceso, en Julios.

Aquí se da un proceso Isotérmico ya que la energía interna (U) es constante. Entonces podemos afirmar que el calor transferido durante este proceso es igual al trabajo.

Q=W

Q=99,4 BTU

1 BTU = 1055,1 Joulios

Entonces 99,4 BTU×1055,1 J=104,876,9J

2. El dióxido de carbono contenido en un dispositivo de cilindro-émbolo se comprime de 0.3 a 0.1 m3. Durante el proceso, la presión y el volumen se relacionan con P = a * V-2, donde la constante a toma el valor de 1kPa∗m⁶. Calcule el trabajo efectuado sobre el dióxido de carbono durante este proceso.

DATOS:

P=a∗V−2

P=1kPa∗m6∗V−2

V1= 0.3 m3

V2= 0.1 m3

a= 1 kPa/m6

W= ?

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w=∫a

b

P∗dV

W=∫a

b

a∗V−2∗dV Si∫ xndX= xn+1

n+1remplazado

V (−2)+1

(−2 )+1=V−1

−1=a∗V−1

−1

es decirW=∫0.3

0.1a∗V −1

−1Decimosque x−1=1/ x1

W= a∗1

−1∗V 1= 1∗1

−1∗V 1= 1

−1∗V 1=−1

V 1 {0.10.3

−10.1

+ 10.3

=−6.6666

W=−6.6666kPam3

m6 =−6.6666kPam3 =−6.6666

kN

m2

m3 =−6.6666kNm

=−6.6666kJ

W=−6.6666kJ∗1000J

1kJ=−6666.66J

3. La masa de 10 kg de aire, se encuentra a 150 kPa y 12°C y está confinada dentro de un dispositivo de cilindro-émbolo hermético y sin fricción. A continuación se comprime hasta una presión final 600 kPa. Durante el proceso, se retira calor del aire de tal modo que permanece constante la temperatura en el interior del cilindro. Calcule el trabajo consumido durante este proceso.

trabajo consumido durante este proceso.

DATOS

w=? CONVERSIONES

m=10kg 1000 g=1kg 10Kg∗1000g

1 Kg=10000g

T=12 °C 12 °C+273,15 K=285,15 K

P1=150 Kpa 1k=1000 g y 1Pascal=J /m3 P1=150.000 J /m3

P2=600 Kpa 1k=1000 g y 1Pascal=J /m3 P1=600.000 J /m3

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R=8,314472J

mol∗K=Constanteuniversal de gases

PASO 1Calcular el volumen

V=m∗RTM∗P

Despejamos:

Hallamos valor de M

Un gas ideal está compuesto por: composición de aire 80% N2 y 20% O2

N2=14,007∗2=28,01

O2=15,99∗2=31,98

M=(0,80∗28,01)+(0,20∗31,98)

M=22,401+6,396

M=28,79gmol

Ya tenemos el valor de M y podemos hallar el número de moles donde el número de moles es igual a:

n= mM

n= 10000g

28,79g

moln=347.34mol

PASÓ 2Se halla Volumen1 con la Presión1

V 1=m∗RTM∗P

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V 1=10000g∗8,314472

Jmol∗k

∗285,15 k

28,79g

mol∗150000

J

m3

V 1=23708716.91

4318500m3

V 1=5.490m3

PASÓ 3Se halla Volumen2 con la Presión2

V 2=m∗RTM∗P

V 2=10000g∗8,314472

Jmol∗k

∗285,15k

28,79g

mol∗600000

J

m3

V 2=23708716.91

17274000m3

V 2=1.372m3

PASÓ 4

Hallar Trabajo (w)

w=nRTLn [ v2

v1]

w=347.34 mol∗8,314472Joulemol∗K

∗285,15 k∗¿ [ 1.372m3

5.490m3 ]w=823498.57 Joule∗ln 0,249

w=823498.57 Joule∗(−1,390302)

w=−1144911.709 Joule

El trabajo consumido durante este proceso fue negativo significa que el trabajo fue realizado sobre el sistema y fue−1144911.709 Joule

4. En una turbina de flujo estacionario, se expande aire de 1 000 kPa y 600°C en la entrada, hasta 100 kPa y 200°C en la salida. El área de entrada de la turbina es de 0,42 m² y la velocidad de entrada es de 30 m/s, la velocidad de salida es 10 m/s. Determine la tasa de flujo de masa, y el área de la salida.

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DATOS:

P1=1000kPa P2=100kPa

T 1=600 °C T 2=200 °C

V 1=30m / s V 2=10m / s

A1=0,42m2 A2=?

m1=? m2=?

Teniendo presente la ecuación de los gases ideales

PV=nRT

Despejamos para encontrar la densidad, teniendo en cuenta que ρ=mv

P= nV

∗R∗T

nV

= PR∗T

nV

=ρ

Reemplazamos

1atm=101.325 kPa

1000kPaaatm=1000kPa∗1atm

101.325kPa=9,869atm

T 1=600 °C+273,15 K=873,15 K

ρ1=9,869 atm

0,082atm∗LK∗mol

∗873,15 K=0,137mol /L

Como las unidades de la densidad son Kg/L dividimos la densidad por el peso molecular de la sustancia que en este caso es el aire

Peso molecular del aire aproximadamente 29g/mol

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ρ1=0,137mol /L

29g /mol=4,724 x 10−03

Pasamos g a Kg

1 Kg=1000 g

4,724 x10−03= 1Kg1000 g

=4,724 x10−06Kg

Por lo tanto

ρ1=4,724 x10−06Kg /L

1atm=101.325 Kpa

100 Kpaaatm=100Kpa∗1atm

101.325Kpa=0,986 atm

T 2=200 °C+273,15 K=473,15K

ρ2= 0,986 atm

0,082atm∗LK∗mol

∗473,15 K=0,025mol /L

ρ2=0,025mol /L29 g /mol

=8,620x 10−04 g

8,620 x10−04 g= 1 Kg1000g

=8,620x 10−07 Kg

ρ2=8,620 x 10−07 Kg /L

Para flujo estacionario se asume que no hay acumulación de materia dentro del sistema, por tanto el flujo de entrada debe ser igual al flujo de salida en cada momento.

m 1=m2

ρ1∗v1∗a1= ρ2∗v 2∗a2

m 1=ρ2∗v2∗a2

m 2=ρ1∗v1∗a1

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Determinamos el área de salida

a2=ρ1∗v1∗a1

ρ2∗v2

a2=4,724 x10−06 Kg

L∗30

ms∗0,42m2

8,620 x 10−07 KgL

∗10ms

=2,630m2

Reemplazamos para determinar la tasa de flujo de masa, teniendo en cuenta que sus unidades son Kg/s

Por lo tanto pasamos los L de la ρ1 y ρ2en m3

1m3=1000 L

ρ1=4,724 x10−06L=1m3

1000 L=4,724 x10−09Kg /m3

ρ2=8,620x 10−07 L=1m3

1000L=8,620 x 10−10Kg /m3

m1=8,620 x10−10 Kgm3

∗10ms∗263.05m2=226.7 x 10−08 Kg /s

m2=4,724 x10−09 Kgm3

∗30ms∗0,42m2=5.9 x10−08Kg / s

5. Un flujo de agua fría a 25°C entra a una cámara mezcladora a una razón de 0.5 kg/s, y se mezcla con un flujo de agua caliente que se encuentra a una temperatura de 120°C. Se desea que la mezcla salga de la cámara a una temperatura de 95°C. Calcule el flujo de masa de agua caliente requerida. Suponga que todos los flujos están a la presión de 250 kPa.

DATOS

Agua fría= 25°C

Agua Caliente= 110°C

0.5 kg/s

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Temperatura asignada= 82°C

P=250kPa

Flujo de masa de agua caliente =?

h1≅ H sat 25°C=104.838kJ/Kg

h2≅H sat 110°C=461.363kJ/Kg

h3≅H sat 82°C=343.345kJ/Kg

m2=h1

h3

−h3

h2

m2

(104.838−343.345 ) kJ /Kg343.345−461.363kJ /Kg

*(0.5kg /s )

m2=−238.507−118.018

∗( 0.5kgs )=1.01Kg /s=¿

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