Richard Trevithick Instrucciones: lea cuidadosamente todos los

FACULTAD DE INGENIERÍA
2O. EXAMEN FINAL DE TERMODINÁMICA
DIVISÍÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
SÁBADO 14.12.2005., 7:00 (h), SEM 2006 - 1
DEPARTAMENTO DE FÍSICA GENERAL Y QUÍMICA
COORDINACIÓN DE TERMODINÁMICA
Richard Trevithick
Instrucciones: lea cuidadosamente todos los problemas que se ofrecen y resuelva cualesquiera
cuatro en dos horas. Se permite la consulta de cualquier documento propio.
1. Un tanque esférico de 2.6 (m) de diámetro contiene 1000(kg) de gas natural a 100 bares. La
relación P-v-T para el gas natural es:
P = T 5.18 × 10 −3 / (v − 0.002668) − 8.91 × 10−3 / v 2
[(
)
] [
]
donde v está en (m3/kg), T en (K) y P en bares. Calcule la temperatura a la que se encuentra el gas
natural.
2. El par de un motor es de 18(Nm) a 1800 (rpm). La eficiencia del motor es del 87% de la
potencia de flecha y el resto son pérdidas. Calcule los pesos bimestrales (60 días) que se pagan
por el funcionamiento del motor si la tarifa es de 0.09 ($/kWh).
3. Una corriente de 4(kg/min) de agua a 1.5 (bar) y 120(ºC) se comprime hasta 1.5(MPa) y 210
(ºC). Se requiere de 26.293 (kW) para hacerlo; el ambiente esta a 27 (ºC). Calcule el calor y su
dirección.
4. Una turbina adiabática que genera 45(MW) recibe (m3/min) de agua a una velocidad
despreciable, 16 (MPa) y 480(ºC). Una fracción del agua sale a 5 bares, 240(ºC) y 25 (m/s)
mientras el resto sale con una calidad del 94% a 6(kPa) y 400(m/s). Calcule el gasto másico de
la corriente de salida a 5 bares.
5. En una planta criogénica se envía una corriente de un gas ideal (k=1.36), R=0.2189 (J/ [gK]) a
una tobera adiabática de de Laval, en donde entra a 2 (MPa) y 19(ºC) y de donde sale a 78 (kPa)
y -90(ºC). Si los diámetros en la entrada y en la salida fuesen 20(cm) y 35(cm), respectivamente,
calcule la velocidad en la salida.
6. Un ciclo de refrigeración por compresión de vapor opera con R134-a que entra al compresor
como vapor saturado y seco a -10(ºC). El COP del ciclo es de 2. A la válvula entra el
refrigerante como un líquido saturado y lo entrega con una humedad del 52.51%. Calcule la
temperatura a la salida del compresor.
7. Calcule la creación de entropía del problema 3.
Resolución del segundo examen final de Termodinámica. Semestre 2006-1
Miércoles 14 de diciembre de 2005. 16:00 (h)
Richard Trevithick

8 .91 × 10 − 3 
 P +
 (v − 0 .002668
v2


T =
5 .18 × 10 − 3
1.- φ T= 2.6(m), mg=1000(kg), Pg=100(bares);
2.-
T=18(Nm),
N=1800(rpm),
ηm=87%,
d=60(días),
)
;
t=0.09($/kWh);
T=258.87 (K)
$ Pb =
TN 2πdt
ηm
;
$Pb=505.428($/bimestre)
3.- m& = 4 (kg min ) , Pini=1.5(bar), Pfin=1.5(MPa), Tfin= 210(ºC), {W& } = 26.293(kW ) , Tamb= 27(ºC),
{Q& } = -18.9063 (kW)
hini= 2711.4(kJ/kg), hfin=2822.20(kJ/kg) ;
{Q& } = m& ( h fin − h ini ) − {W& } ;
4.- {W& } T= -45 (MW), ∀& e = 80 ( m 3 / min) , Pe=16(MPa), Te=480(ºC), Ps1= 5 (bares) , Ts1=240(ºC),
Vs1 = 25(m / s) , xs2=0.94, Ps2=6(kPa), Vs 2 = 400(m / s) ;
he= 3237.4(kJ/kg),
ms1=18.6909(kg/s)
ve=
0.018423(m3/kg),
(
)
(
)
2
2
& e ve )he + {W& }T
m& S1 1 2Vs1 + hs1 + m& S 2 1 2Vs 2 + hs 2 = (∀
m& S1
+ m& S 2
= m& e
hs1=
2940.10(kJ/kg),
hs2=
2422.54(kJ/kg),
5.- k=1.36, R=0.2189 (J/[gK]), Pe=2(MPa), Te= 19(ºC), φ e=20(cm), Ps= 78(kPa), Ts= -90(ºC),
φ s=35(cm);






2 kR (T s − T e )

Vs = 
2
  P φ 2T 


 (k − 1 )  s s 2 e  − 1  
 Pφ T


 e e s 

1
2
;
Vs = 432.51(m/s)
6.- R-134a, x1=1, T1=-10(ºC), COP=2, x3=0, x4=47.49% ;
h4=134.02(kJ/kg),
P3=16(bar),
h2=295(kJ/kg)
h1=241.345(kJ/kg),
T2= 72.95 (ºC)
C
7.-
σ = m& ( S fin − Sini ) +
Sfin=6.50820(kJ/kg) ;
{Q& } ;
T
Sini=7.2693(kJ/kg),
σ =12.24(W/k)