Problemario de termodinamica

Mecánica de Fluidos

1)A una tobera entra aire constantemente con 2,21 kg/ m³ y 40 m/s y sale con 0,762 kg/ m³ y 180 m/s. si el área de entrada de la tobera es 90 cm², determine

a) la tasa de flujo de masa por la tobera.

b) el área de salida de esta[pic 1]

Datos de entrada

P1=[pic 2]

A1=[pic 3]

V1=40 m/s

1. [pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

Datos de salida

P2=[pic 8]

V2=[pic 9]

1. [pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

A2=0,0058[pic 13]

2) Entra agua a los tubos de una caldera, de 130mm de diámetro constante, a 7 MPa y 65ºc, y al a 6MPa y 450ºc, a una velocidad de 80m/s. calcule  la velocidad del agua en la entrada de un tubo, y el flujo voluntario a la entrada [pic 14][pic 15]

                                               T ent=65ºc                                  T sal=450ºc            

Ve1=0.001017 /kg        P ent=7MPa                                P sal=6MPa            Ve2=0.05217[pic 16][pic 17]

                                               V ent=?                 V sal=80m/s[pic 18][pic 19]

                                                A ent=130mm                          A sal=130mm

[pic 20]

[pic 21]

[pic 22]

[pic 23]

[pic 24]

3)Una bomba aumenta la presión del agua de 70 kPa en la succión, hasta 700 kPa en la descarga. El agua llega a ella a 15 °C, pasando por una abertura de 1 cm de diámetro, y sale por una abertura de 1.5 cm de diámetro. Determine la velocidad del agua en la succión y la descarga, cuando el flujo másico por la bomba es 0.5 kg/s.

P= 1000 kg/m

T1=15c

[pic 25]

V=?

A= 1cm

A2=1.5cm

FORMULAS                                                                                                  

  =           [pic 26][pic 27]

          )=785 m/s [pic 28]

4)A una tobera entra aire constantemente a 300 kPa, 200 °C y 45 m/s, y sale a 100 KPa y 180 m/s el área de entrada de la tobera es de 110 cm2 determine a) el flujo másico de la tobera .

[pic 29]

P= 300 kPa

T=200 °C[pic 30]

V=45 m/s[pic 31]

A= 110 cm2   

FORMULAS                       Volumen específico                 Sustitución                          

PV=RTn                                             [pic 32][pic 33]

  =          Flujo másico [pic 34][pic 35]

          [pic 36]

5)De una olla de presión sale vapor de agua, cuando la presión de operación es de 20 psia. Se observa que la cantidad de líquido en la olla bajo 0.6 gal en 45 min de haberse establecido condiciones constantes de operación y el área transversal de la abertura de salida es de 0.15 [pic 37]

Determine:

• Consideraciones:

• La tasa del flujo másico del vapor, y su velocidad de salida.
• Las energías total y de flujo del vapor, por unidad de masa.
• La rapidez con la que sale la energía de la olla por medio del vapor.

• Propiedades:

Las propiedades del agua líquida saturada y el vapor de agua a 20 psia.

• [pic 38]
• [pic 39]
• [pic 40]
• [pic 41]

Solución:

El flujo es estacionario y no se toma en cuenta el periodo de inicio.

Las energías cinética y potencial son insignificantes, por lo tanto no se toman en cuenta.

Todo el tiempo existen condiciones de saturación dentro de la olla, de modo que el vapor sale  de esta como vapor saturado entro de la olla.

1. Una vez establecidas las condiciones estacionarias de operación, existen todo el tiempo condiciones de saturación en una olla de presión; por lo tanto, el líquido tiene las propiedades del líquido saturado y el vapor que sale tiene las el vapor saturado a la presión de operación. La cantidad de líquido que se ha evaporado, el flujo másico del vapor que sale y la velocidad de salida, son:

[pic 42]

[pic 43]

[pic 44]

[pic 45]

[pic 46]

[pic 47]

1. Como  y que las energías cinética y potencial no son tomadas en cuenta, la energía del flujo y total del vapor que sale son:[pic 48]

[pic 49]

[pic 50]

1. La rapidez a la cual sale la energía de la olla por medio del vapor es simplemente el producto del flujo másico y la energía total del vapor saliente por unidad de masa.

[pic 51]

[pic 52]

6) A una tobera adiabática entra refrigerante 134a, en régimen estacionario, a 700 KPa y 120 C con una velocidad de 20 m/s y sale a 400 Kpa y 30 C. Determina:

a) La velocidad del refrigerante a la salida

b) Relación entre as áreas de entrada y salida A1/A2

[pic 53][pic 54][pic 55]

[pic 56][pic 57]

1. m’ (Hent + V^2ent/2) = m’ (Hsalida + V^2salida/2)

=(Hent + V^2ent/2) = (Hsalida + V^2salida/2)

=379.86 KJ/Kg + ((20 m/s)^2/2) = 275.07 KJ/Kg  + V^2salida/2

=(2(379.86 KJ/Kg - 275.07 KJ/Kg  + ((20 m/s)^2/2) )^1/2 = V

=(2(379.86 KJ/Kg - 275.07 KJ/Kg  + ((20 m/s)^2/2) x (KJ/Kg)/1000  m^2/s^2))^1/2 = V

=(209.98)^1/2

=14.49 KJ/kg  x (1000 m^2/s^2)/(KJ/kg)

=14490.68 m^2/s^2

=(14490.68 m^2/s^2)^1/2

=120.3772 m/s

1. p1x A1 x V1 = p2x A2 x V2

=1/Ve1 x A1 x V1=  1/Ve2 x A2 x V2

=(1/0 .043358 m^3/Kg)  x A1 x 20 m/s = (1/0.056796 m^3/kg) x A2 x 120.3772 m/s

=461.2758  x A1 = 2119.3339 x A2

A1/A2 = 2119.3339/461.2758  

A1/A2 = 4.5945

7. El difusor de un motor de reacción debe bajar la energía cinética del aire que entra al compresor del motor, sin interacciones de calor o trabajo. Calcule la velocidad a la salida de un difusor, cuando entra a él aire a 100 kPa y 20 °C, con una velocidad de 500 m/s, y el estado en la salida es 200 kPa y 90 °C

EcE +HE = Ecs +Hs

 + HE= + HS[pic 58][pic 59]

[pic 60]

[pic 61]

[pic 62]

[pic 63]

[pic 64]

[pic 65]

8) Por una turbina adiabática pasa un flujo estacionario de vapor de agua. Las condiciones iniciales del vapor son 6 MPa, 400 °C y 80 m/s en la entrada, y en la salida son 40 kPa, 92 % de calidad y 50 m/s. El flujo másico del vapor es 20 kg/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 66]

1. Cambio de energía cinetica

                                             [pic 67][pic 68]

[pic 69]

[pic 70]

      [pic 71][pic 72]

1. Potencia desarrollada

Balance de materia

 [pic 73]

[pic 74]

                                                                      [pic 75]

                                                                      [pic 76]

                                                                       [pic 77]

                                                                 [pic 78]

                                                                           [pic 79]

[pic 80]

[pic 81]

[pic 82]

[pic 83]

1. Area de entrada

[pic 84]

[pic 85]

[pic 86]

...