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