EJERCICIOS DE BALANCES DE ENERGIA 1. Se está comprimiendo aire de 100 kPa y 255 K (estado en el que tiene una entalpía de 489 kJ/kg) a 1000 kPa y 278 K (estado en el que tiene una entalpía de 509 kJ/kg). La velocidad de salida del aire del compresor es de 60 m/s. ¿Qué potencia (kW) debe tener el compresor si la carga es de 100 kg/h de aire?. (Sugerencia: el aire a la entrada está en reposo, V1 = 0 m/s). R/ 0,61 W 2. Se bombea agua desde el fondo de un pozo de 15 ft de profundidad a razón de 200 gal/h para introducirla en un tanque con respiradero situado a 165 ft por encima del suelo, con objeto de mantener constante el nivel del agua en el tanque. Para evitar que el agua se congele, un pequeño calentador introduce 30000 Btu/h en el agua durante su transferencia desde el pozo hasta el tanque de almacenamiento. Se pierde calor del sistema a una velocidad constante de 25000 Btu/h ¿Qué temperatura tiene el agua al ingresar en el tanque de almacenamiento, suponiendo que el agua del pozo está a 35 °F? Se usa una bomba de 2 hp para subir el agua. Cerca del 55 % del caballaje especificado se invierte en el trabajo de bombear y el resto se disipa como calor hacia la atmósfera. Suponer Cp del agua constante e igual a 1.0 Btu/lb °F y la densidad del agua de 8.33 lb/gal. R/ 39,5 °F 3. Calcular la salida de potencia de un generador aislado que gasta 700 kg/h de vapor de agua sobrecalentado a 10 atm y 500 K. El vapor de agua sale saturado a 1 atm. R/ 41,6 kW 4. Agua a 180 °C se bombea a una velocidad de 100 ft3/h a través de un intercambiador de calor para reducir su temperatura hasta 100 °F. Calcular la velocidad de extracción de calor del agua en el intercambiador. Suponer Cp constante e igual a 4,39 kJ/kg °C y densidad del agua @ 180 °C = 885 kg/m 3. R/ 434,7 kW 5. Fluye vapor de forma constante por una turbina a un flujo másico de 25000 kg/h, entra a 8 Mpa y 450 °C y sale a 30 kPa como vapor saturado. Si la potencia generada por la turbina es de 4 MW, determine la pérdida horaria de calor del vapor. R/ - 491 kW 6. Se requiere bombear 2000 kg/h de un aceite desde un pozo ubicado a una profundidad de 50 m hasta un tanque de distribución localizado 10 m por encima del suelo. Para que el aceite fluja más fácilmente se calienta la tubería mediante una chaqueta de vapor, el vapor entra sobrecalentado a 6 MPa y 350 °C y sale como vapor saturado a 25 kPa. La temperatura del aceite en el tanque de almacenamiento es de 20 °C y en el tanque de distribución es de 50 °C. La bomba utilizada entrega una potencia de 4 kW y tiene una eficiencia del 60 %. La capacidad calorífica (Cp) del aceite es 15.7 kJ/kg °C. Calcular el flujo horario de vapor de agua necesario para el calentamiento. R/ 2200 kg 7. Circula vapor a través de una tubería de diámetro constante a razón de 25000 kg/h, desde el nivel del suelo hasta un calentador ubicado a 30 m de altura. El vapor entra a 98.7 atm y 450 °C (sobrecalentado) al sistema de conducción y llega al calentador como vapor saturado a 140 °C. La pérdida de calor del vapor a través de la tubería es de 8000 kW. Si para hacer circular el vapor se utiliza una turbina, calcular la potencia neta que debe entregar.