SEGUNDO PREVIO TERMODINAMICA
Cúcuta 28 de julio de 2021
NOMBRE______________________________________________CODIGO_____________
1. Un compresor toma aire a 100 kPa y
17°C, y lo entrega a 1MPa y 600 K a un
enfriador de presión constante, del cual
el aire sale a 300 K. Encuentre el trabajo
específico del compresor y la
transferencia de calor específica en el
enfriador. (30 %)
Compresor
Sistema abierto flujo permanente
(0.2)
Q12 - W12 + me*he -ms*hs = 0
Q12 – W12 = m*(hs-he)
Q12/m -W12/m = hs-he
q12 -w12 = hs – he
q12 = 0
w12 = h1 – h2
w12 = (290.16 – 607.02) = - 316.86 kJ/kg
(0.4)
Enfriador
Entra al sistema
Sistema abierto de flujo permanente
Q23 – W23 = m(hs-he)
Q23/m – W23/m = h3 -h2
q23 – w23 = h3 – h2
w23 = 0
q23= h3 – h2
q23 = (300.19-607.02) = - 306.83 kJ/kg
(0.4)
sale del sistema
De talas Cengel A17 Aire gas ideal
AIRE
(0.5)
P (kPa)
T (K)
H (kJ/kg)
1
100
290
290.16
2
1000
600
607.02
3
1000
300
300.19
2. Un dispositivo adiabático de cilindro
émbolo equipado con un resorte
mantienen el interior en 300 kPa, cuando
el volumen es 0, y en 3 000 kPa, cuando
el volumen es 5 m. El dispositivo se
conecta a una línea de suministro de
vapor de agua con v = 0.1365 m3/kg y
u=2902 kJ/kg, al principio el volumen del
cilindro es 0. Determine la temperatura
final (y la calidad, si es el caso) cuando se
abra la válvula y se deje entrar vapor de
agua de la línea de suministro al cilindro,
hasta que la presión en el interior sea igual a la que hay en la línea.
También determine el trabajo total efectuado durante este proceso de
llenado adiabático, construir la tabla de propiedades. (35%)
Sistema abierto de frontera móvil
Flujo no permanente (FLUJO UNIFORME) llenado de tanque.
2
2
1
1
𝑄- W + ∑ me (he + ⃑⃑⃑
𝑉𝑒 + gZe) - ∑ 𝑚𝑠 (hs + ⃑⃑⃑
𝑉𝑠 + gZs) = 𝐸𝑉𝐶
2
Q=0
2
ms=0 Ec, Ep = 0
−W + me(he) = m2 ∗ u2
me-ms=m2-m1
me=m2
−W + m2(he) = m2 ∗ u2
W-m2*he+m2*u2=0
W-m2(he-u2) =0
(0.1)
(0.2)
AGUA
P
T
Vt
1 300
v
(0.2)
u
h
M
X
22.6
--
V:S:C
--
V.S.C
FASE
0
2 2126
440.3
E
375.4
2126
3.38
0.14931
3012.9
0.1365
2902
3191.1
Determinar condiciones de entrada
Si se miran las tablas de vapor sobrecalentado se verifica que estos valores se pueden encontrar
en las tablas con presiones de 2.5 MPa y 3 MPa
V=0.1365 m3/kg
u= 2902 kJ/kg
P= 2.5 MPa
450
T (482.26)
500
P=3.0 MPa
0.13015
0.1365
0.13999
600
T (625.37)
700
P= 2.5 MPa
P=3.0 MPa
350
2852.5
T (378.35)
2902
400
2939.8
V=0.1365 m3/kg
2.5
482.26
Pe
Te
3.0
625.37
u= 2902 kJ/kg
2.5
Pe
3.0
0.13245
0.1365
0.14841
378.35
Te
382.28
350
T (382.28)
400
𝑃𝑒−2.5
3−2.5
=
𝑃𝑒−2.5
3−2.5
=
𝑇𝑒−482.26
625.37−482.26
𝑇𝑒−378.35
382.28−378.35
2844.4
2902
2933.6
(1)
(2)
Igualando 1 y 2
𝑇𝑒−378.35
382.28−378.35
𝑃𝑒−2.5
3−2.5
=
=
𝑇𝑒−482.26
625.37−482.26
𝑇𝑒−378.35
382.28−378.35
Te= 375.4°C
Pe=2126 kPa
(0.3)
Cálculo de la he
Conociendo Te = 375.4°C y Pe = 2126 Kpa Vapor sobrecalentado Tabla A6 de Cengel interpolando
P=2 MPa
P=2.5
350
3127.7
350
3127
375.4
h (3193.5)
375.4
h (3184)
400
3248.4
400
3240.1
2
3193.5
2.126
he (3191)
2.5
3184.1
(0.2)
Cálculo del Vt2
Se conoce el comportamiento del resorte es lineal a varios Volúmenes y presiones
300
0
2126
Vt2 (3.38)
3000
5
(0.2)
Cálculo del Trabajo
2
𝑊 = ∫1 𝑃 ∗ 𝑑𝑣 =
Área bajo la curva P vs VT
W= ½ (3.38*(2126-300) + 3.38*300
W= 4099.94.5 kJ
𝑊−
𝑉𝑡2
𝑣2
(0.2)
(ℎ𝑒 − 𝑢2) = 0
4099.94 −
3.38
𝑣2
(3191.1 − 𝑢2) = 0
(0.15)
Resolviendo por tanteos para una presión de 2126 kPa
Interpolando entre P=2 MPa y P= 2.5 MPa se genera la tabla para P=2.126 MPa
P=2.126 MPa
T
v
u
300
0.1176
2770
350
0.1301
2858
400
0.142
2944
450
0.1536
3030
(0.2)
Suponiendo Temperaturas
T
300
400
T(440.3)
450
v
0.1176
0.1315
0.1493126
0.1536
U
2770
2942
3012.9
3030
Error
-8003
-2303
0
554.9
3. Se usa un acondicionador de aire con
refrigerante 134a como fluido de
trabajo se usa, para mantener un cuarto
a 22 °C rechazando el calor de desecho
al aire exterior a 35°C. El cuarto gana
calor a través de las paredes y las
ventanas a razón de 310 kJ/min,
mientras que el calor generado por los
electrodomésticos es de 1200 W. El
refrigerante entra al compresor como
vapor saturado con una energía interna
de u= 236 kJ/kg, a razón de 100 L/min y sale a
P=1.200 kPa y v=0.001031 m3/kg. Determine a)
el COP real, b) el COP máximo y c) el flujo
volumétrico mínimo del refrigerante en la
entrada del compresor para las mismas
condiciones de entrada y salida del compresor.
(35 %)
Balance de Energía de la casa
Q1=310 kJ/min = 5.166 kW
Q2 = 1.2 kW
QL = Q1 + Q2 = 6.366 kW (0.25)
Compresor
Sistema abierto de frontera fija.
(0.3)
Flujo permanente
Q – W + mehe - mshs = 0
Q – W = m(hs – he)
Q=0
𝑊̇ = 𝑚̇ ∗ (ℎ𝑒 − ℎ𝑠)
𝑚̇ =
𝑉̇
𝑣
=
0.00166
0.04842
= 0.0344 kg/s
(0.3)
P
T
V
m (kg/s)
e 423.4 10.61 0.04842 0.03442
s 1200 46.29 0.001031 0.03442
H
256.5
119.127
u
236
X
Fase
1
V.Saturado
0.0087 mezcla
vs=vf+x*vfg
𝑥=
𝑣𝑠−𝑣𝑓
𝑉𝑓𝑔
=𝑥 =
0.001031−0.0008934
0.0158216
= 0.0087
hs = hf +x*hfg = 117.77 + 0.0087*156.1 = 119.127 kJ/kg
𝑊̇ = 0.03442 ∗ (256.5 − 119.127) = 4.7283 kJ/s
COP Real = QL/W
COP Real = 6.366/4.72 = 1.3463
1
COP Máximo =𝑇𝐻
𝑇𝐿
−1
1
= 308
= 22.69
−1
295
COP Máximo =QL/W Mínimo
W Mínimo = QL/COP Máximo
W Mínimo = 6.366/22.69 = 0.28 KJ/s
𝑊̇ = 𝑚̇ ∗ (ℎ𝑒 − ℎ𝑠)
= 0.28 = 𝑚̇ ∗ (256.5 − 119.127)
(0.3)
(0.3)
𝑚̇ = 0.00203 𝑘𝑔/𝑠
𝑉̇
𝑉̇
𝑣
0.04842
𝑚̇ = = 0.002003 =
𝑉̇ = 5.92 𝐿/𝑚𝑖𝑛
(0.3)
NOTA:
 Debe entrar a la plataforma de Meet a registrar su asistencia condición
para presentar el Examen.
 Tiempo dos horas de 08:00 a 10:00 AM (28/07/2021).
 El tema se baja, se soluciona y se envía en la plataforma PLAD.
 Debe plantear el balance de energía, construir tabla de estados,
plantear interpolaciones, usar tablas de propiedades.