Termodinamica

BALANCE DE MASA PARA SISTEMAS CERRADOS

Eentrada-Esalida= AE

Q-W=AU primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados en forma infidecimal es

SQ-Sw=du el incremento es AU= U2-U1

ejercicio

se condenza isotermicamente vapor saturado a 200 c hasta liquido saturado en un dispositivo de cilindro embolo. calcule el calor transferido y el trabajo efectuado durante este proceso en KJ/Kg

ESTADO1 ESTADO 2

vapor saturado liquido saturado

vg@200c=0.12721 vf@200c=0.001157

p1=p2@200c=1554.9

balance de energia

Wb-Q= AU

Wb-Q= U2-U1 uf@200c=850.46kj/kg ug@200c=2594.2kj/kg

Wb={ Pdv

Wb/m= 1554.9kpa(0.0001157-0.12721)mcubico/kg

]= -196 kj/kg

Wb-Q/m=U2-U1/m

wb-q=u2-u1

q=wb-u2+u1

=196kj/kg-850.46+2594.2

=1940 kj/kg

ejercicio

un recipiente rigido de 1 ft cubico contiene refrigerante 134-a originalmente a -20f y 27.7% de calidad a continuacion se calienta el refrigerante hasta que su temperatura es de 100f calcular la transferencia de calor para este proceso

R 134-a

TI=-20f

v= 1ft cubixo

X=27.7

balance de energia

Eentrada-Esalida=AEsistema

Q=AU

= m(u2-u1)

v= vf + x vfg= 0.01156 ftcubico/lbm+(0.277)(3.4426-0.001156)

= 0.96458 ft cubico/lb

u1= uf+ x ufg= 6.019 ft cubico/lbm+(0.277)(85.874)

= 29.81 ft cubico/lb.m

ESTADO 2

t2=100f

v1=v2

u2=??

vf@100f=0.01386

vg@100f=0.34045

U1mayor vg sobrecalentado

u2@100f=??

va=1.1043 ua=111.55

u1=0.961458 u2=

vb=0.9072 ub=111.16

u2= 111.27 btu/lb.m

Q= 1.0395(111.27-29.81) btu/lb.m

= 84.68

m= V/v

= 1ftcubico/0.961458

= 1.0395

EJERCICIO

en el difusor de un motor de propulsion entra de forma estacionaria aire a 10c y 80kpa con una vel=200m/s el aire de entrada al difusor es de 0.4m2 el aire sale del difusor con una velocidad que es muy pequeña comparada con la velocidad de entrada. determine

a) el flujo masicodel aire

b)la temperatura del aire cuando sale del difusor

balance de masa

m1=m2=m

balance de energia

(h1+vel2/2+g)=(h2)

p=P1/RT

= 80 kpa/(0.2870 kpa.mcubico/kg.k)(283k)

= 0.9849 kg/mcubico

m=(0.985kg/mcubico)(200m/s)(0.4m2)

= 78.8 kg/s

h1@283k= 283.14

h2=283.14kj/kg+(200m/s/2)"2

= 303.14 kj/kg

t2=303 k

=30 c

EJERCICIO

la salida de potencia de una turbina de vapor adeabatica es 5MW mientras que las condiciones de entrada y salida del vapor de agua son como se indican en la figura

a)determine el trabajo echo por unidad de masa del vapor de agua que fluye por la tuberia

b) calcule el flujo masico del vapor

balance de masa

m1=m2=m

balance de energia

m(h1+vel1"2/2(g)z1)= W sal + m(h2+vel2"2/2 g z2)

W sal= (h1-h2)+1/2(vel1"2-vel2"2)+g(z1-z2)

W sal=(3240.4-2361.01)kj/kg+ 1/2( (50)"2-(180)"2)m"2/s"2+9.81(10-6)

= 864.47

b) Wsal= wsal/m

m = 5000kj/s/864.5kj/kg

m= 5.78 kg/s

EJERCICIO

refrigerante 134-a se va a enfriar con agua en un condenzador, el refrigerante entra al dispositivo con el flujo masico de 6 kg. min a 1mpa y 70c y salen a 35c. el agua de enfriamiento entra a 300kpa y 15 c, sale a 25c. sin considerar las caidas de presion determine

a) el flujo masico de agua de enfriamiento requerido

b) la tasa de transferencia de calor desde el refrigerante hacia el agua

balance de masa

m1=m2=mW

m3=m4=mR

balance de energia

mw= mr(h4-h3)/h1-h2

= 6kg/min(100.87-303.85)/62.982-104.83

=29.1 kg/min

b) mr h3=mrh4+Q

Q=mr(h3-h4)

= 6kg/min(303.85-100.87)kj/kg

=1217.88 kj/min