TECNOLOGÍA DE LOS SERVICIOS AUXILIARES GUÍA DE PROBLEMAS Nº 3 - TERMODINÁMICA, REVISIÓN DE CONCEPTOS Y ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE PROCESOS

2013

1).- Hallar el volumen específico del aire a 15,6 °C y a una presión abs. De 1,033 Bar. 2).-En una evolución isotérmica se expansionan 0,227 Kg de aire en un cilindro desde la presión absoluta de 7 bar y 100ºC hasta doblar su volumen primitivo. Determinar: a).- el trabajo realizado, b).- la variación de Energía Interna. c).- el calor suministrado, d).- la variación de entropía. 3).- Se permite el ingreso de aire atmosférico (P 0= 1 atm, T0= 20°C) a un recipiente rígido y adiabático de volumen V0= 1,5 m3 inicialmente vacío, hasta que el mismo alcanza la presión P 0. Determinar la masa de aire que ingresa al recipiente. 4).- Un cilindro vertical adiabático cerrado con un pistón contiene gas a P1= 900KPa y V1= 0,3 m3. El pistón tiene una masa de 1500 kg y un área de 0,1 m2, y es mantenido en su sitio por una fijación. La presión del medio ambiente es P0 = 100 KPa .Se libera el pistón y el gas se expande hasta alcanzar el estado de equilibrio. Entonces el volumen del gas es V2= 0,8 m3. Encontrar: a).- la presión final del gas; b).- El trabajo realizado por el gas y c).- El cambio de Energía Interna. 5).- Un compresor aspira aire a P0= 1 atm y T0= 20°C y lo comprime a temperatura constante hasta una presión final Pf= 3 atm. El trabajo necesario en el eje del compresor se obtiene del trabajo total en el eje de una turbina adiabática, a la cual entra aire a una presión P1= 4 atm y T1=800°C saliendo a una T2=400°C. Calcular la relación entre la masa de aire que circula en el compresor y la masa de aire que circula por la turbina. Se supondrá que la transformación del aire en el compresor quedan establecidos todos los estados intermedios entre el inicial y el final. P1; T1 Pf T2

P0;T0

6).- Una máquina de Carnot absorbe un calor de 150 [J] de una fuente caliente que se encuentra a 120 [°C] Determine el trabajo que realiza y el calor que cede cuando opera ante un reservorio frío a 10 [ºC]. 7).- Una máquina frigorífica absorbe 725 [J] de un recinto a -10 [ºC] con un coeficiente de funcionamiento igual a la mitad de una máquina de Carnot funcionando entre 250 [ºK] y 405 [ºK]. ¿Qué cantidad de calor entregará a la fuente caliente? ¿Cuánto trabajo consumirá? ¿A qué temperaturas operaría una máquina de Carnot equivalente a la máquina frigorífica calculada? 8).- Un cilindro aislado está cubierto por un pistón pesado que se sostiene en su sitio por una fijación. El cilindro contiene 0,52 kg de agua a 300 kPa y 150 °C (estado 1). Se suelta la fijación y el pistón cae hasta que la presión alcanza 500 kPa y se detiene (estado 2). En este momento se quita el aislamiento y el sistema se pone en contacto con un baño a 150 °C, permitiéndose que se igualen las temperaturas (estado 3). Encontrar: (a)la temperatura y la presión en el estado 2. (b) la temperatura y la presión en el estado 3. (c) el calor intercambiado en el proceso completo.

CARRERA: INGENIERÍA EN ALIMENTOS – FAYA - UNIVERSIDAD NACIONAL DE SANTIAGO DEL ESTERO

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TECNOLOGÍA DE LOS SERVICIOS AUXILIARES PROBLEMAS SUGERIDOS - TERMODINÁMICA, REVISIÓN DE CONCEPTOS Y ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE PROCESOS

2013

1).- El proceso politrópico reversible es un modelo matemático para relacionar variables termodinámicas y predecir la compresión/expansión de los gases. Si se adopta este modelo (con exponente n= 1,26) para predecir el comportamiento de una masa de aire cuando desciende su temperatura desde 400ºC hasta 90ºC. Determínese: a).- La variación de Energía Interna ∆U (KJ/Kg). b).- La variación de Entalpía ∆h (KJ/Kg) c).- El calor transmitido q (KJ/Kg). d).- El trabajo realizado w (KJ/Kg) Datos Utiles: Cv:= 0,719 (KJ/Kg K); r = 0,287 (KJ/Kg K) (constante específica de los gases); Cv = (dU/ dT)v; Cp = (dh/dT)p 2).- Una turbina trabaja con vapor sobrecalentado a 16 (ata) y 500 (ºC) y descarga a 1,0 (ata). La turbina no es reversible ni adiabática, pero produce el 85% del trabajo del eje(w e ) de una máquina reversible adiabática. Se tienen pequeñas pérdidas de calor a los alrededores que se encuentra a 25 (ºC), equivalente a 2,0 (Kcal/ Kg de vapor), debido a un aislamiento imperfecto. ¿Cuál es el trabajo perdido en el proceso? 3).- Para mantener a –15 ºC el interior de una cámara frigorífica es necesario retirar de ella 10.000 Kcal/h con un equipo de refrigeración 50% eficiente cuando opera en medio-ambientes a 25 ºC. Determinar: e) La potencia real consumida. f) El calor entregado al ambiente. g) La potencia mínima que podría consumir.

CARRERA: INGENIERÍA EN ALIMENTOS – FAYA - UNIVERSIDAD NACIONAL DE SANTIAGO DEL ESTERO

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