1. Agua líquida a 180ºC y 2000kPa se estrangula hacia una cámara de evaporación instantánea con presión de 500kPa. Ignorando cualquier cambio de energía cinética, ¿cuál es la fracción de líquido y vapor en la cámara?

Solución

ecuacion de la ener gia cinetica h1+12

V 12+g Z1=h2+

12

V 22+g Z2

proceso Z1=Z2 Y V 2=V 1

h2=h1=763.71kjkg

tabla B1.4

Estado2 p2 yh2→ 2−fase

h2=hf + x2 hfg

x2=(h2−hf )

hfg

=763.71−640.212108.47

=0.0586

Fraccion devapor : x2=0.0586 (5.86 % )

Fraccion de liquido :1−x2=0.941 (94.1 % )

Dos fases de salida para la válvula el liquido sale por la parte de a bajo

2. Un compresor recibe aire a 100 kPa y 17 ºC y lo expulsa a 1 MPa y 600 K hacia un enfriador de presión constante, del cual sale a 300 K. Determine a) el trabajo del compresor. b) la transferencia de calor dentro del enfriador.

Solución

V .C encompresor deaire q=0

Ecuacionde continuidad m2=m1

Ecuacionde energiah1+wc=h2

Tabla A .7

w c en h2−h1=607.02−290.07=316.85kjkg

V .C enenfriador w=∅

Ecuacionde continuidad m3=m1

Ecuacionde laenergiah2=qsalida+h3

qsalida=h2−h3=607.02−300.19=306.83 kj /kg

Enfriador

Sección compresor Sección enfriador

3. La cogeneración se emplea a menudo cuando se requiere suministro de vapor para procesos industriales. Suponga que se requiere un suministro de 5 kg/s de vapor a 0.5 MPa. En vez de generación con una bomba y una caldera, se emplea el montaje de la figura para extraer el suministro de la turbina de alta presión. Determine la potencia que cogenera ahora la turbina en este proceso.

Solución

Solución

V.C turbina, estado estacionario, 1 entrada y 2 salidas de flujo, asumiendo proceso adiabático,˙QCV=0

Ecuacionde continuidad m1=m2+m3

Ecuacionenergia ˙QCV+m1 h1=m2 h2=m3 h3+W T

Estado suministrado1 :20 kg /s a 10 MPa ,500 ° c

Proceso de vapor 2:5kg /s ,0.5 MPa, 155°c

Estado desalida3 :20 kpa , x=0.9

Tabla B .1 .3 :h1=3373,7 h2=2755.9 kj /kg

Tabla B .1 .2: h3=251.4+0.9 x2358.3=2373.9kjkg

W T=20 x3373.7−5 x2755.9−15 x2373.9=18.084 MW

4. Dos flujos constantes de aire entran a un volumen de control, como muestra la figura. Uno es de 0.025 kg/s a 350 kPa y 150 ºC, estado 1, y el otro entra a 350 kPa y 15 ºC; ambos fluyen a baja velocidad. Un flujo único de aire sale a 100 kPa y -40 ºC a través de una tubería de 25 mm de diámetro, estado 3. El volumen de control rechaza 1.2 kW de calor hacia los alrededores y produce 4.5 kW de potencia. Determine la tasa de flujo del aire en la entrada en el estado 2.

Solución

V .C dispositivo establecon2 entradas y una salidade flujo , Sedesprecia laenergia cinetica.

Notando queQ es excluida puesto quesale

Ecuacionde continuidad :m1+m2=m3=0.025+m2

Ecuacionde laenergia cineticam1 h1+m2 h2=m3 h3+W CV+Q perdido

Sustituyendo eltrabajo y el calor transferido en laecuacion de energia yusandola constante

de capacidad calorifica:

0.025 x1.004 x423.2+m2 x1.004 x 288.2=( 0.025+m2 )1.004 x 233.2+4.0+1.0

Despejando m2 y resolviendo

m2=4.0+1.0+0.025 x1.004 x (233.2−423.2 )

1.004 (288.2−233.2 )=0,0042 kg/s

5. Una cámara de mezclado recibe 2 kg/s de R-134a a 1 MPa y 100 ºC de una línea de baja velocidad. Otra línea de 1 kg/s que contiene R-134a como líquido saturado a 60 ºC, fluye a través de una válvula hacia la cámara de mezclado a 1 MPa después de la válvula. Hay una transferencia de calor en la cámara de mezclado, de modo que el flujo de salida es vapor saturado a 1 MPa que corre a 20 m/s. Determine (a) la tasa de transferencia de calor (b) el diámetro de la tubería de salida.

Solución

Q=0 ,W =0

SFEE=0=m3 (h3 )+c3

2

2−(m1 h1+m2h2)

m1=2 g/s h1 (1MPa ,100 ° c )=483.36 x 103 Jkg

m2=? h2 (liquido saturado 60 °c=287.79 x 103 J /kg )

m3=? h3 ( vapro saturado 1 MPa=419.54 x 103 J /kg )

m3[419540+ 4002 ]=2 x 483360+m2 (287790 )

419.74 m3=966.72+287.79 m2

1.458 m3=966.72+287.79 m2

1.45 m3=3.359+m2

m3=2+m2

¿¿

0.485m3=1.359

m3=2.967kgs

;m2=0.967 kg /s

6. Entra refrigerante 134a de manera estable en un difusor como vapor saturado a 700 kPa con una velocidad de 140 m/s, y sale a 800 kPa y 40 º C. El refrigerante gana calor a una tasa de 3kJ/s cuando pasa a través del difusor. Si el área de salida es 80% más grande que el área de entrada, determine a) la velocidad de salida, y b) la tasa de flujo másico del refrigerante.

7. Una turbina de vapor de agua funciona con unas condiciones de entrada de 1.000 psia, 800 ºF y 300 ft/s y la corriente circula por una sección de 20 in2. En la salida las condiciones son 500 ºF, 200 psia y la velocidad es 140 ft/s. El flujo de calor perdido es 17.000 Btu/lbm. Determínese (a) la variación de energía cinética en Btu/lbm, (b) el flujo másico en lbm/min, (c) el trabajo en eje en Btu/lbm, (d) la potencia de salida en hp.