Primera Ley de Termodinámica

Primera Ley de Termodinámica

Jorge Gajardo García

Termodinámica

Instituto IACC

01-07-19.

Desarrollo

DESARROLLO DE LA TAREA: Responda argumentadamente las siguientes interrogantes:

1. En un día cálido de verano, un estudiante pone en marcha su ventilador cuando sale de su habitación por la mañana. Cuando regrese por la tarde, ¿el cuarto estará más caliente o más fresco que los cuartos vecinos? ¿Por qué? ¿Suponga que todas las puertas y ventanas se mantienen cerradas?

Respuesta:

Balance de energía al cuarto .[pic 1]

El cuarto como volumen de control [pic 2]

La transferencia de calor se realizará por el trabajo inducido por el ventilador (trabajo eléctrico) [pic 3]

1. Un difusor es un dispositivo adiabático que disminuye la energía cinética del fluido al desacelerarlo. ¿Qué sucede con esa energía cinética perdida?

Respuesta:

La energía cinética se transforma en energía interna, lo que hace aumentar la temperatura del fluido.

1. ¿Cómo se comparan las energías de un fluido que fluye y un fluido en reposo? Describa las formas específicas de energía asociada en cada caso.

Respuesta:

Los fluidos que fluyen poseen energía de flujo, además, de las formas de energías que pesen un fluido en reposo. La energía total de un fluido en reposo consiste en energías internas, cinéticas y potenciales. la energía total consiste en energías internas, potenciales, cinéticas y de flujo.

1. Alguien propone el siguiente sistema para enfriar una casa durante el verano: comprimir el aire exterior normal, dejarlo enfriar a la temperatura del exterior, pasarlo por una turbina e introducirlo en la casa. Desde el punto de vista termodinámico, ¿es lógico el sistema que se propone? Argumente su respuesta.

Respuesta:

El aire ya enfriado no tiene necesidad de pasar por una turbina, ya que, se puede pasar directamente por la turbina sin dejarlo enfriar antes, por lo tanto, no es lógico.

1. Aire fluye de manera estacionaria a 300 K y 100 kPa en un secador de cabello, que tiene una entrada de trabajo eléctrico de 1500 W. Debido al tamaño de la toma de aire, la velocidad de entrada del aire es despreciable. La temperatura y la velocidad del aire a la salida del secador son 80°C y 21 m/s, respectivamente. El proceso de flujo es tanto a presión constante como adiabático. Suponga que el aire tiene calores específicos constantes evaluados a 300 K (ver figura).

[pic 4]

Datos:

Proceso Isobárico

[pic 5]

Velocidad de entrada despreciable

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[pic 7]

 Entrada[pic 8]

[pic 9]

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Salida:

[pic 11]

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La masa de entrada es igual a la de salida

[pic 13]

Solución:

Primera ley de termodinámica sistemas abiertos:

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Entonces:

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Despejamos el flujo másico

 [pic 16]

1. Determine el flujo másico del aire al secador, en kg/s.

Presión constante

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[pic 19]

 Flujo másico[pic 20]

1. Determine el flujo volumétrico del aire a la salida del secador, en m3/s.

Flujo volumétrico:

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[pic 24]

1. Una mezcla de líquido y vapor de agua saturados, llamada vapor húmedo, fluye en una línea de suministro de vapor de agua a 1500kPa y se estrangula hasta 50 kPa y100 °C. ¿Cuál es la calidad de vapor de agua en la línea de suministro?

[pic 25]

Datos:

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Presión de 1500kPa:

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Respuesta: 0,0558

1. Por una turbina adiabática pasa un flujo estacionario de vapor de agua. Las condiciones iniciales del vapor son 4MPa, 500°C y 80 m/s en la entrada, y en la salida son 30 kPa, 92 por ciento de calidad y 50 m/s. El flujo másico del vapor es 12kg/s. Determine: a) el cambio de energía cinética, b) la potencia desarrollada por la turbina y c) el área de entrada de la turbina.

[pic 36]

Desarrollo:

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Respuesta:

1. [pic 55]
2. [pic 56]
3. [pic 57]

1. Se diseña una unidad de intercambiador de calor con agua helada, para enfriar 5 m3/s de aire a 100 kPa y 30°C, hasta 100 kPa y 18°C, usando agua helada a 8 °C. Determine la temperatura máxima del agua a la salida, cuando su tasa de flujo es 2 kg/s.

[pic 58]

        Deferencia entre la temperatura del aire:

        [pic 59]

        Deferencia entre la temperatura del agua:

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