TALLER 1RA LEY SISTEMAS ABIERTOS

1. Un tubo aislado de 8 cm de diámetro transporta agua desde un depósito hasta una bomba

que se halla a 4 m por encima del nivel del depósito. El agua entra en el tubo a 8 cm a 95

kPa, 15°C y 3 m/s. La bomba aislada descarga a través de un tubo de 5 cm a 500 kPa y 7,5

m/s. El agua circula luego 20 m hacia arriba a través del tubo de 5 cm. Una tobera al final

del tubo de 5 cm reduce el diámetro del flujo, y el agua sale de la tobera a 100 kPa. La

gravedad local es 9,80 m/s2, y el proceso es isotérmico y adiabático. Determinar:

(a) La potencia de la bomba, en kW. (b) El diámetro de salida de la tobera en cm.

2. Se requiere un suministro de agua líquida a 80°C fluyendo con una relación de 180 kg/min

para un proceso de lavado industrial. El supervisor de la planta sugiere que este

requerimiento puede ser satisfecho al mezclar el agua que está disponible a 200 kPa y 15°C

con vapor a 200kPa y 150°C desde una línea de abastecimiento cercana. En un mezclador

de flujo estable, aislado, se hace la mezcla saliendo ésta a 80°C y 200 kPa. ¿En que

relaciones, en kilogramos por minuto, deberán el agua fría y el vapor ser alimentados al

mezclador?

3. Se tiene un gas ideal contenido en un tanque a una P1 y T1, a través de un pequeño orificio

el gas fuga rápidamente de modo que el proceso ocurre esencialmente en forma adiabática,

mientras que simultáneamente la P y T en el tanque se reduce. Se pide:

a. Si el sistema (cerrado) es el gas que permanece en el tanque, determinar la relación

entre P y T en el tanque durante el proceso.

b. Repetir (a) pero considerando ahora como sistema (abierto) el tanque

c. Finalmente determine ∆U en el tanque.

4. En un conjunto de unidades operativas, una bomba de 4 HP de potencia impulsa 0,5 L/s

de petróleo a través de un intercambiador de calor variando sus propiedades desde

25°C y 1 bar (entrada a la bomba) hasta 50°C y 10 bar (salida del intercambiador).

El petróleo tiene una densidad de 0,80 g/cm3 y una capacidad calorífica específica de

2,5 kJ/kg.K. También se emplea un compresor (adiabático y reversible) para impulsar aire

a través del intercambiador, variando sus propiedades desde 17°C y 1 bar (entrada

al compresor) hasta 30°C y 10bar (salida del intercambiador). Considerar el aire como gas

diatómico y que el intercambiador opera a presión constante. Asimismo, asumir en las

unidades operativas del sistema operación adiabática, y despreciables los cambios de energía

cinética y potencial. Calcular:

(a) La temperatura del petróleo en la salida de la bomba, en °C.

(b) La temperatura del aire en la salida del compresor, en °C.

(c) El flujo másico del aire a través del sistema, en kg/s.

Dato: 1 HP = 0,746 kW.