TPNº05 - PROBLEMAS PROPUESTOS 2020

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TERMODINAMICA

Apellido y Nombre

Departamento Mecánica

3º Año Ingeniería Mecánica

TP Nº05 – ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA DE VOLÚMENES DE CONTROL

U.T.N.

Facultad Regional San Nicolás

PROBLEMAS PROPUESTOS Rev. 09 – 05-05-20

PROBLEMA 1: 3

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A una tobera entra constantemente aire con 2.21 kg/m y 40 m/s, y sale con 0.762 kg/m y 180 m/s. Si el area de entrada de la tobera es 90 cm2, determine: a) la tasa de flujo de masa por la tobera y b) el area de salida de la misma. Respuestas: a) 0.796 kg/s - b) 58 cm2

PROBLEMA 2: 3

Un tanque rígido de 1m inicialmente contiene aire cuya densidad es 1,18 kg/m3. El tanque está conectado a un suministro de aire a alta presión a través de una válvula. La válvula se abre y se permite que el aire pueda ingresar al tanque hasta que la densidad del aire en el tanque aumente a 7.20 kg/m3. Determine la masa de aire que ha entrado en el tanque. Respuesta: 6.02 kg

PROBLEMA 3: Refrigerante-134a entra en una tubería de 28 cm de diámetro, en forma permanente a 200 kPa y 20°C con una velocidad de 5 m / s. El refrigerante gana calor a medida que fluye y sale de la tubería a 180 kPa y 40°C. Determine (a) el caudal volumétrico del refrigerante en la entrada, (b) el caudal másico del refrigerante, y (c) la velocidad y el caudal de volumen a la salida. 3

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Respuestas: a) 0.3079m /s, b) 2.696kg/s, c) 0.3705m /s y 6.02m/s

PROBLEMA 4: Fluye aire constantemente en una tubería a 300 kPa, 77°C y 25m/s a una tasa de 18kg/min. Determine (a) el diámetro de la tubería, (b) la tasa de flujo de energía, (c) la tasa de energía que transporta la masa, y (d) también determine el error involucrado en parte (c) si se desprecia la energía cinética. Respuestas: a) 7.15mm, b) 30.14kW, c) 105.94kW, 0.09%

Responsables de cátedra: Profesor: Ing. López Raúl Auxiliar: Ing. Reina Nestor

Fecha de aprobación: ___/___/______

Firma profesor:

Termodinámica PROBLEMA 5: A una tobera entra aire permanentemente a 300kPa, 200ºC y 30m/s, y sale a 100kPa y 180m/s. El area de 2

entrada a la tobera es de 80cm . Determinar: a) el flujo de masa por la tobera, b) la temperatura del aire a la salida y c) el area de salida de la tobera. Respuestas: a) 0.5304 kg/s – b) 184.6 ºC , 38.7cm

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PROBLEMA 6: A un difusor adiabático ingresa aire a 80 kPa y 127ºC, al flujo constante de 6000 kg/h, y sale a 100kPa. La velocidad del aire decrece de 230m/s a 30m/s al pasar por el difusor. Hallar: a)La temperatura del aire a la salida, y b) el area de salida del difusor. Respuestas: a) 425.6 K – b) 0.0678m

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PROBLEMA 7: Ingresa vapor a una tobera a 400°C y 800 kPa con un velocidad de 10 m/s, y sale a 300°C y 200 kPa. Pierde calor en su paso por la tobera calor, a una velocidad de 25 kW. Para un área de entrada de 800 cm2, determinar la velocidad de circulación y el caudal del vapor. 3

Respuestas: 606m/s y 2.74m /s.

PROBLEMA 8: El vapor ingresa a una turbina adiabática a 8 MPa y 500 °C a una velocidad de 3 kg/s y sale a 20 kPa. Si la potencia de salida de la turbina es de 2.5 MW, determine la temperatura de la vapor a la salida de la turbina. Despreciarlos cambios de energía cinética. Respuesta: 60,1 ° C

PROBLEMA 9: Se extrangula vapor de agua a través de una válvula bien aislada, de 8 MPa y 500ºC hasta 6 MPa. Determine la temperatura final del vapor. Respuesta: 490.1ºC

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Termodinámica PROBLEMA 10: A un condensador de una termoeléctrica ingresa vapor de agua a 20 kPa y 95% de calidad, con un flujo de masa de 20000 kg/h. Se va a enfriar (condensar el vapor) con agua de un río cercano. Para evitar la contaminación térmica, el agua de río no debe tener un aumento de teperatura mayor a los 10ºC. Si el vapor debe salir del condensador como líquido saturado a 20kPa , determinar el agua de enfriamiento que se requiere Respuesta: 297.7 kg/s.

PROBLEMA 11: Un intercambiador de calor de tubos concéntricos con pared delgada, de contraflujo, se usa para enfriar aceite (cp = 2.20 kJ/kg ºC) de 150ºC a 40ºC, a una razón de 2 kg/s, usando agua (cp = 4.18 kJ/kg ºC), que entra a 22ºC, a una razón de 1.5 kg/s. Determinar la taza de transferencia de calor en el intercambiador y la temperatura de salida del agua. Respuestas: 484 kW – 99.2ºC

PROBLEMA 12: Los componentes de un sistema electrónico, que disipa 180 W, están dentro de un ducto horizontal de 1.4m de longitud, cuya sección transversal es de 20 cm x 20 cm. Los componentes se enfrían en el ducto 3

mediante aire forzado que entra a 30ºC y 1atm, con un flujo de 0.6 m /min y sale a 40ºC. Calcular la tasa de transferencia de calor de las superficies externas del ducto al ambiente. Respuesta: 63 W

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