PROBLEMAS PROPUESTOS. SISTEMAS ABIERTOS Termodinamica

1. La bomba 1 toma 5 kg/s de agua a 100 kPa y 20ºC y la descarga a 1 MPa y 25ºC, mientras que la bomba 2 descarga el agua a 5 MPa y 30ºC, tal como se muestra en la figura.

a) Determine la potencia consumida por cada bomba

b) Si la bomba 1 cede 10 kW de calor y la bomba 2 cede 25 kW, determine la potencia total consumida por las bombas

2. Una turbina toma vapor de agua a 1,4 MPa y 1000ºC, el vapor ingresa a la turbina por una tubería de 0,2 m de diámetro y a una velocidad de 20 m/s, la turbina produce 1,8 MW de potencia, el vapor a la salida tiene una velocidad de 500 m/s y la presión es de 0,4 MPa. Determine la temperatura de salida.

3. El arreglo válvula de estrangulamiento y turbina que se muestra en la figura debe producir una potencia de 10 MW. El vapor de agua entra a la válvula a 5 MPa, 500ºC y una velocidad de 50 m/s. El vapor entra a la turbina a 4 MPa y una velocidad de 50 m/s, después de expandirse en ella sale a 20 kPa, con una calidad de 90% y con una velocidad de 300 m/s. Determine:

a) La tasa másica de vapor requerida

b) La temperatura de entrada a la turbina

c) Los diámetros de todas las tuberías

4. Una turbina toma 3 kg/s de aire a 5 MPa y 800ºC, la velocidad de entrada es de 30 m/s y lo descarga a 100 kPa, 100ºC y a una velocidad de 500 m/s. La turbina cede 80 kW de calor al ambiente. Considere el calor específico del aire constante en y evalúelo a 600 K. Determine la potencia producida por la turbina.

5. La turbina del arreglo de la figura admite vapor a 4 MPa y 400ºC y los descarga a 100 kPa con una calidad de 98%, para luego pasar por un enfriador, del cual sale con una calidad de 85%. Con el objeto de obtener 0,75 kg/s de líquido saturado a 50 kPa, se utiliza el mezclador adiabático, en el cual se introduce agua a 20ºC por el punto 5 y se mezcla con el vapor que entra por el punto 4. El diámetro del tubo de salida del mezclador es 5 cm. La potencia de la turbina es 58,33 kW. Determine:

a) La tasa de calor disipado en el enfriador

b) La presión, la temperatura y la calidad en el punto 4

c) La tasa másica de agua que se introduce por el punto 4

d) La velocidad del fluido a salida del mezclador

6. Por una tubería fluye vapor a 200 psia y 600ºF a un tanque evacuado previamente. Se conecta mediante una válvula, la cual se abre hasta que la presión dentro del tanque es 200 psia. En ese momento se cierra la válvula. Considere que el proceso es adiabático.

a) Determine la temperatura final en el tanque

b) Si el volumen del tanque es 10 ft3 e inicialmente contiene vapor saturado a 50 psia, determine la masa final en el tanque

7. Un tanque aislado de 2 m3 de capacidad contiene R-12 a 27ºC y 25% de calidad. El vapor se escapa lentamente a través de una válvula en el tope, provocando una disminución de la temperatura del R-12 en el tanque. Determine la masa de R-12 perdido cuando la temperatura del tanque es -3ºC. Considere que el R-12 permanece siempre dentro del tanque en dos fases.

8. Se tiene agua en un recipiente de 0,2 m3 el cual contiene inicialmente 99,95% de líquido y 0,05% de vapor en masa a 10ºC. Se agrega calor al sistema hasta que la presión es de 2 MPa y ese momento se abre una válvula la cual mantiene la presión interna del tanque constante y permite descargar vapor saturado de agua a la atmósfera hasta que todo el líquido en el tanque se evapore. Determine:

a) La interacción de calor en el proceso

b) La tasa de calor si el proceso dura 25 min

9. Inicialmente se tiene un tanque de 50 ft3 que contiene 50% en volumen de líquido y 50% en volumen de vapor. Se extrae solo vapor por el tope mediante una válvula hasta

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