EJERCICIOS PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA SISTEMAS ABIERTOS (TOBERAS Y DIFUSORES)

                                                                                                          Valencia, 27 de septiembre de 2018

Asignatura: Termodinámica

Sección: 04S-1547-D1

Ingeniería de Petróleo

Docente: Ing. Rafael Sánchez Navarro

EJERCICIOS PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

SISTEMAS ABIERTOS (TOBERAS Y DIFUSORES)

1. A una tobera entra aire constantemente a 300 kPa, 200 °C y 30 m/seg, y sale a 100kPa y 180 m/seg. El área de entrada de la tobera es 80 cm2. Determinar: a) el flujo de masa por la tobera, b) la temperatura del aire a la salida y c) el área de la salida de la tobera.

Respuestas: a) 0,5304 kg/seg , b) 184,6 °C , c) 38,7 cm2

1. Entra de forma permanente aire a una tobera a 300kPa, 77 °C y 50 m/seg y sale a 100 kPa y 320 m7seg. La pérdida de calor de la tobera se estima en 3,2 kJ/kg del aire que fluye. El área de entrada de la tobera es de 100 cm2. Determinar a) la temperatura de salida del aire, y b) el área de salida de la tobera.

Respuestas: a) 24,2 °C , b) 39,7 cm2

1. Entra de modo permanente aire a una tobera a 50 psia, 140 °F y 150 pies/seg y sale a 14,7 psia y 900 pies/seg. La pérdida de calor de la tobera se estima igual a 6,5 Btu/lbm del aire que fluye. El área de entrada a la tobera es de 0,1 pies2. Determinar a) la temperatura de salida del aire y b) el área de salida de la tobera.

Respuestas: a) 441,7 °R , b) 0,0417 pies2

1. Vapor a 3 Mpa y 400 °C entra de manera permanente a una tobera adiabática con una velocidad de 40 m/seg y sale a 2,5 MPa y 300 m/seg. Determinar : a) la temperatura de salida y b) la razón de las áreas de entrada y de salida.

Respuestas: a) 376,72 °C , B) 6,46

1. Aire a 80 kPa, 27 °C y 220 m/seg entra a un difusor a una relación de 2,5 kg/seg y sale a 42°C. El área de salida del difusor es de 400cm2. El aire pierde calor a una relación de 18 kJ/seg durante este proceso. Determinar a) la velocidad de salida y b) la presión de salida del aire.

Repuestas: a) 62 m/seg , b) 91 kPa

1. Refrigerante Freón 12 entra de manera permanente a un difusor como vapor saturado a 700 kPa con una velocidad de 140 m/seg y sale a 800 kPa y 40°C. El refrigerante gana calor a una relación de 3 kJ/seg cuando pasa a través del difusor.El área de salida es 80 por ciento más grande que el área de entrada, determinar : a) la velocidad de salida, y b) la relación de flujo de masa del refrigerante.

Respuestas: a) 71,0 m/seg , b) 59,4 kg/seg

1. A un difusor adiabático entra refrigerante 134a como vapor saturado a 26 °C con una velocidad de 95 m/seg. A la salida la presión y la temperatura son 7 bar y 7 °C, respectivamente. Si el área de salida es 50 cm2 , determinar: a) la velocidad de salida en m/seg , y b) el flujo másico en kg/seg

Respuestas: a) 35,3 m/seg , b) 5,92 kg/seg.

1. El estado de entrada de refrigerante 134ª a una tobera adiabática es 80 psia y 100 ft/seg. A la salida el fluido es vapor saturado a 60 psia y tiene una velocidad de 535 ft/seg. Determinar: a) la temperatura de entrada en grados Fahrenheit, y b) el flujo másico, en lbm/seg, si el área de salida es 0,016 ft2.

Respuestas: a) 80 °F , b) 10,85 lbm/seg

1. A un difusor entra aire a 0,7 bar, 57 °C con una velocidad de 200 m/seg. En la salida, donde el área es un 20 por ciento mayor que la de la entrada, la presión es de 1,0 bar. Determinar la temperatura de salida en grados Celsius y la velocidad de salida en m/seg si a) el proceso es adiabático, y b) el fluido cede un calor de 40 kJ/kg cuando pasa por el dispositivo.

Respuestas:  a) 70 °C ; 121 m/seg  , b) 31 °C ; 107 m/seg

1. Un difusor adiabático reduce la velocidad de una corriente de nitrógeno de 714  a 120 ft/seg- Las condiciones de entrada son 15 psia y 160 °F. Determinar el área de salida necesario en pulgadas cuadradas si el flujo másico es 15 lbm/seg y la presión final es 17,7 psia.

Respuestas: 257 pulg2

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