El documento presenta los temas de las unidades 1 y 2 de ingeniería ambiental sobre termodinámica. La unidad 1 cubre la primera ley de la termodinámica y los mecanismos de transferencia de calor. La unidad 2 trata sobre sustancias puras, análisis de masa y energía en sistemas abiertos y cerrados. Se incluyen 10 ejercicios de repaso sobre estos temas.
Este documento presenta cuatro ejemplos resueltos sobre termodinámica aplicada a compresores de gas. El primer ejemplo calcula la potencia requerida, flujo de masa, densidades y velocidades de entrada y salida de un compresor centrífugo. El segundo ejemplo resuelve problemas sobre volumen de aire manejado y potencia de entrada para un compresor que comprime aire de forma isentrópica e irreversible. El tercer ejemplo calcula la potencia del motor de un compresor alternativo con espacio muerto. El cuarto ej
1) El documento describe un problema de termodinámica que involucra un gas ideal sometido a procesos politrópicos. 2) Se pide dibujar los procesos en un diagrama p-v y determinar las condiciones de presión, volumen y temperatura en el punto común del proceso adiabático y el proceso isotermo. 3) También se pide calcular el rendimiento del ciclo termodinámico descrito por el gas.
1) El documento describe un problema de termodinámica que involucra un gas ideal sometido a procesos politrópicos. 2) Se pide dibujar los procesos en un diagrama p-v y determinar las condiciones de presión, volumen y temperatura en el punto común del proceso adiabático y el proceso isotermo. 3) También se pide calcular el rendimiento del ciclo termodinámico descrito por el gas.
Este documento describe un método de cálculo para evaporadores de múltiple efecto que incluye: 1) suponer igualdad en las corrientes y transferencia de calor en cada efecto, 2) realizar balances de materia y energía para calcular las corrientes, 3) determinar las temperaturas usando las diferencias de temperatura, y 4) iterar los cálculos hasta converger en las áreas de transferencia de calor.
El documento describe 10 problemas de termodinámica relacionados con procesos politrópicos de un gas ideal. El primer problema describe un ciclo de 3 etapas (isocórico, adiábatico e isotermo) para un gas con γ = 1.4 y se pide determinar las coordenadas del punto común del proceso adiábatico e isotermo, así como el rendimiento del ciclo.
Este documento describe un método de cálculo para evaporadores de múltiple efecto. 1) Se asumen condiciones iguales en cada efecto. 2) Se determina la cantidad total de vapor producido mediante balances de materia y se distribuye entre los efectos. 3) Se calculan las temperaturas de ebullición en cada efecto. 4) Se estiman las caídas de temperatura entre efectos. 5) Se calculan los flujos mediante balances de materia y calor. 6) Se calculan las áreas requeridas.
Este documento describe un experimento para realizar un balance de ciclo termodinámico utilizando vapor de agua. Explica las propiedades termodinámicas del agua y vapor de agua, y proporciona los cálculos para determinar la cantidad de calor, masa de vapor, entalpía y entropía en varios puntos del ciclo. Concluye que la variación de entropía y entalpía depende de la presión, y recomienda tomar buenos datos de laboratorio y considerar las presiones atmosféricas en los c
Este documento presenta cuatro ejemplos resueltos sobre termodinámica aplicada a compresores de gas. El primer ejemplo calcula la potencia requerida, flujo de masa, densidades y velocidades de entrada y salida de un compresor centrífugo. El segundo ejemplo resuelve problemas sobre volumen de aire manejado y potencia de entrada para un compresor que comprime aire de forma isentrópica e irreversible. El tercer ejemplo calcula la potencia del motor de un compresor alternativo con espacio muerto. El cuarto ej
1) El documento describe un problema de termodinámica que involucra un gas ideal sometido a procesos politrópicos. 2) Se pide dibujar los procesos en un diagrama p-v y determinar las condiciones de presión, volumen y temperatura en el punto común del proceso adiabático y el proceso isotermo. 3) También se pide calcular el rendimiento del ciclo termodinámico descrito por el gas.
1) El documento describe un problema de termodinámica que involucra un gas ideal sometido a procesos politrópicos. 2) Se pide dibujar los procesos en un diagrama p-v y determinar las condiciones de presión, volumen y temperatura en el punto común del proceso adiabático y el proceso isotermo. 3) También se pide calcular el rendimiento del ciclo termodinámico descrito por el gas.
Este documento describe un método de cálculo para evaporadores de múltiple efecto que incluye: 1) suponer igualdad en las corrientes y transferencia de calor en cada efecto, 2) realizar balances de materia y energía para calcular las corrientes, 3) determinar las temperaturas usando las diferencias de temperatura, y 4) iterar los cálculos hasta converger en las áreas de transferencia de calor.
El documento describe 10 problemas de termodinámica relacionados con procesos politrópicos de un gas ideal. El primer problema describe un ciclo de 3 etapas (isocórico, adiábatico e isotermo) para un gas con γ = 1.4 y se pide determinar las coordenadas del punto común del proceso adiábatico e isotermo, así como el rendimiento del ciclo.
Este documento describe un método de cálculo para evaporadores de múltiple efecto. 1) Se asumen condiciones iguales en cada efecto. 2) Se determina la cantidad total de vapor producido mediante balances de materia y se distribuye entre los efectos. 3) Se calculan las temperaturas de ebullición en cada efecto. 4) Se estiman las caídas de temperatura entre efectos. 5) Se calculan los flujos mediante balances de materia y calor. 6) Se calculan las áreas requeridas.
Este documento describe un experimento para realizar un balance de ciclo termodinámico utilizando vapor de agua. Explica las propiedades termodinámicas del agua y vapor de agua, y proporciona los cálculos para determinar la cantidad de calor, masa de vapor, entalpía y entropía en varios puntos del ciclo. Concluye que la variación de entropía y entalpía depende de la presión, y recomienda tomar buenos datos de laboratorio y considerar las presiones atmosféricas en los c
Este documento trata sobre el cambio de entropía en una sustancia pura. Explica que la entropía es una medida de la transformación de energía en mecánica según la segunda ley de la termodinámica. Describe diferentes procesos termodinámicos como isotérmicos, isobáricos e isentrópicos y cómo afectan al cambio de entropía. También presenta cuatro problemas de cálculo relacionados con el cambio de entropía en procesos termodinámicos.
El documento presenta ejercicios resueltos sobre ciclos termodinámicos. El primer ejercicio resuelve un ciclo de refrigeración por compresión de tetrafluoroetano (R-134a), calculando los calores en el evaporador y condensador, la potencia del compresor y el coeficiente de operación del ciclo. El segundo ejercicio resuelve un ciclo de Diesel ideal con aire como fluido de trabajo, determinando el volumen y calor específicos en diferentes etapas del ciclo.
Este documento presenta una introducción a la termodinámica para sustancias puras. Explica conceptos clave como sistema termodinámico, estado termodinámico, procesos termodinámicos como expansión, compresión, isócoro, isobárico e isotérmico. También introduce las leyes de la termodinámica, cantidades termodinámicas como energía interna, trabajo y calor, y ecuaciones como la ecuación de estado del gas ideal. El objetivo es que los estudiantes aprendan a aplicar
Este documento presenta cuatro problemas de termodinámica resueltos aplicando la primera ley de la termodinámica. El primer problema involucra un cilindro-émbolo con nitrógeno sometido a transferencia de calor. El segundo analiza un proceso de expansión isoterma, isobárica e isocórica de un gas. El tercero evalúa la transferencia de calor entre depósitos de monóxido de carbono. El cuarto estudia un proceso en una caldera de vapor.
Problema resuelto con introducción teórica donde se resumen las fórmulas principales relacionadas con la termodinámica técnica. Trasnformaciones adiabáticas (nulo calor intercambiado), isócoras (volumen constante), isóbaras (presión constante) e isotermas (sin variación de temperatura) se analizan y tabulan para obtención de las variables de calor, trabajo, energía interna y entropía. Posteriormente, se aplican los conocimientos a un caso práctico donde se ponen en juego los procesos vistos
Este documento presenta un ejercicio de cálculo de la transferencia de calor por convección forzada sobre una placa plana horizontal. Se proporcionan las condiciones iniciales y se pide calcular las propiedades del aire, el coeficiente medio de transmisión de calor para la placa y la razón de transferencia de calor por metro de anchura. El documento guía el cálculo paso a paso mediante la determinación de las propiedades del fluido, el número de Reynolds, la correlación de Nusselt aplicable y la aplicación de las fórmulas correspond
Este documento presenta un trabajo práctico sobre torres de enfriamiento que incluye 6 problemas relacionados con el cálculo de parámetros como la temperatura de bulbo húmedo, la humedad absoluta, la entalpía y la altura requerida para torres de enfriamiento usando diagramas psicrométricos. El trabajo práctico es realizado por 7 estudiantes bajo la supervisión de dos profesores.
Este documento presenta los resultados de un experimento de convección forzada en una barra sólida. El objetivo general fue obtener el coeficiente de transferencia de calor promedio para diferentes aperturas de una válvula de compuerta. Los objetivos particulares fueron determinar la relación entre la temperatura de la barra y la diferencia de potencial, así como entender cómo varía el coeficiente de transferencia de calor promedio con las velocidades del aire. Se realizaron mediciones de temperatura en función del tiempo para diferentes aperturas de la válvula y se obtuv
Un pedazo de hielo a 0°C y 100g de agua a 100°C se colocan en un recipiente aislado. Al establecerse el equilibrio térmico, la temperatura final es de 10,15°C. El cambio en la entropía del universo en este proceso es de 22,2 J/K.
El documento describe tres procesos de primer orden: un proceso térmico, un proceso de gas y un nivel en tanque. Se presenta el modelado matemático de cada proceso usando balances de masa y energía. Se explica que cada proceso puede ser representado por una ecuación diferencial de primer orden y se analiza su comportamiento ante cambios en la carga, perturbaciones y perfiles de control.
Este documento contiene varios ejemplos resueltos de problemas de termodinámica relacionados con gases ideales. El primer ejemplo calcula el trabajo realizado durante la transformación del estaño blanco a gris. El segundo ejemplo calcula la lectura de un manómetro en un sistema de dos recipientes con gases a diferentes temperaturas y volúmenes. El tercer ejemplo calcula la presión total, las presiones parciales y la fracción molar de oxígeno en una mezcla de gases.
El documento describe los ciclos termodinámicos de Otto y Diesel. El ciclo Otto, desarrollado por Nikolaus Otto, utiliza la ignición por chispa, mientras que el ciclo Diesel, desarrollado por Rudolf Diesel, utiliza la ignición por compresión. Ambos ciclos constan de cuatro etapas: admisión, compresión, combustión y escape. El ciclo Otto aporta todo el calor a volumen constante, mientras que el ciclo Diesel enciende el combustible solo por la alta temperatura alcan
1) El documento describe los conceptos fundamentales de la primera ley de la termodinámica.
2) La primera ley establece que el cambio en la energía interna de un sistema es igual al calor agregado menos el trabajo realizado.
3) Se explican algunas consecuencias de la primera ley como que para un sistema aislado o un proceso cíclico, el cambio en la energía interna es cero.
El documento trata sobre los principios de la termodinámica. Explica que la energía en el universo se conserva y que el calor y el trabajo son formas equivalentes de variar la energía de un sistema. Introduce conceptos como la energía interna, la entalpía y la capacidad calorífica, y explica cómo se pueden calcular los cambios en estas propiedades termodinámicas para procesos sencillos.
Tablas termodinamicas-TERMODINÁMICA TÉCNICA I TERMODINÁMICA TÉCNICA II Yanina C.J
Tabla 1: Factores de conversión
Tabla 2: Constantes físicas
Puntos fijos de la ITS-90
Diagramas PvT de una sustancia pura
Tabla 3: Datos del punto triple para distintas sustancias
Tabla 4: Masa molar y datos del punto crítico para distintas sustancias
Diagramas h-s, T-s y P-h para el agua
Tabla 5: Coeficientes térmicos de un sistema
Tabla 6: Ecuaciones térmicas de estado
Diagrama generalizado de compresibilidad
Tabla 7: Propiedades termodinámicas del agua saturada. Tabla de Temperatura.
Tabla 8: Propiedades termodinámicas del agua saturada. Tabla de Presión.
Tabla 9: Propiedades termodinámicas del vapor de agua sobrecalentado
Tabla 10: Propiedades termodinámicas del agua líquida comprimida
Relaciones termodinámicas. Expresiones para U, H y S en variables (T,v); (T, P) y (P,v)
Relaciones termodinámicas. Aplicación para gas ideal y fluido incompresible
Diagrama de mollier h-w para el aire húmedo
Diagrama psicrométrico
Tabla 11: Capacidad calorífica media específica de gases ideales
Máquina frigorífica de compresión de vapor
Máquina frigorífica de compresión de dos etapas
Máquina frigorífica de absorción
Tabla 12: Propiedades del refrigerante R-134a saturado. Tabla de Temperatura
Tabla 13: Propiedades del refrigerante R-134a saturado. Tabla de Presión
Tabla 14: Propiedades del refrigerante R-134a. Vapor sobrecalentado
Propiedades del refrigerante R11
Formulario
El método Pinch se utiliza para rediseñar redes de intercambiadores de calor con el objetivo de ahorrar costos y energía. El método se enfoca en integrar el calor de las corrientes calientes en las frías para minimizar el uso de vapor y agua de enfriamiento. Incluye construir curvas compuestas de temperatura vs entalpía para identificar puntos Pinch y cuantificar el calor que puede integrarse entre las corrientes.
Este documento presenta la resolución de 4 problemas de termodinámica. El primer problema involucra el cálculo de la variación de energía interna de un gas en transformaciones a presión y volumen constantes. El segundo problema calcula la potencia necesaria para comprimir aire. El tercer problema calcula la variación de entropía cuando el hielo se transforma a agua. El cuarto problema analiza un ciclo de un gas ideal y calcula trabajos, calores y variaciones de energía interna en cada etapa.
1) El documento describe conceptos fundamentales de la termodinámica como energía interna, energía térmica, calor, capacidad calorífica y calor latente.
2) Explica la primera ley de la termodinámica, que establece que el cambio de energía interna de un sistema es igual al trabajo realizado más el calor transferido.
3) Define unidades de calor como la caloría y el joule, y proporciona ejemplos de calores específicos y latentes de varias sustancias.
1) El documento describe conceptos clave de la termodinámica como energía interna, energía térmica, calor, capacidad calorífica y la primera ley de la termodinámica.
2) Explica que la primera ley establece que el cambio en la energía interna de un sistema es igual al trabajo realizado sobre el sistema menos el calor transferido.
3) Presenta ejemplos de cálculos termodinámicos como el trabajo realizado por un gas al expandirse y la energía requerida para cambiar hielo a vapor.
Este documento trata sobre la energía térmica y la primera ley de la termodinámica. Explica conceptos como la energía interna, el calor latente, calor específico y capacidad calorífica. También presenta la primera ley de la termodinámica, que establece que el cambio en la energía interna de un sistema es igual al trabajo realizado sobre el sistema menos el calor transferido al sistema.
Este documento trata sobre el cambio de entropía en una sustancia pura. Explica que la entropía es una medida de la transformación de energía en mecánica según la segunda ley de la termodinámica. Describe diferentes procesos termodinámicos como isotérmicos, isobáricos e isentrópicos y cómo afectan al cambio de entropía. También presenta cuatro problemas de cálculo relacionados con el cambio de entropía en procesos termodinámicos.
El documento presenta ejercicios resueltos sobre ciclos termodinámicos. El primer ejercicio resuelve un ciclo de refrigeración por compresión de tetrafluoroetano (R-134a), calculando los calores en el evaporador y condensador, la potencia del compresor y el coeficiente de operación del ciclo. El segundo ejercicio resuelve un ciclo de Diesel ideal con aire como fluido de trabajo, determinando el volumen y calor específicos en diferentes etapas del ciclo.
Este documento presenta una introducción a la termodinámica para sustancias puras. Explica conceptos clave como sistema termodinámico, estado termodinámico, procesos termodinámicos como expansión, compresión, isócoro, isobárico e isotérmico. También introduce las leyes de la termodinámica, cantidades termodinámicas como energía interna, trabajo y calor, y ecuaciones como la ecuación de estado del gas ideal. El objetivo es que los estudiantes aprendan a aplicar
Este documento presenta cuatro problemas de termodinámica resueltos aplicando la primera ley de la termodinámica. El primer problema involucra un cilindro-émbolo con nitrógeno sometido a transferencia de calor. El segundo analiza un proceso de expansión isoterma, isobárica e isocórica de un gas. El tercero evalúa la transferencia de calor entre depósitos de monóxido de carbono. El cuarto estudia un proceso en una caldera de vapor.
Problema resuelto con introducción teórica donde se resumen las fórmulas principales relacionadas con la termodinámica técnica. Trasnformaciones adiabáticas (nulo calor intercambiado), isócoras (volumen constante), isóbaras (presión constante) e isotermas (sin variación de temperatura) se analizan y tabulan para obtención de las variables de calor, trabajo, energía interna y entropía. Posteriormente, se aplican los conocimientos a un caso práctico donde se ponen en juego los procesos vistos
Este documento presenta un ejercicio de cálculo de la transferencia de calor por convección forzada sobre una placa plana horizontal. Se proporcionan las condiciones iniciales y se pide calcular las propiedades del aire, el coeficiente medio de transmisión de calor para la placa y la razón de transferencia de calor por metro de anchura. El documento guía el cálculo paso a paso mediante la determinación de las propiedades del fluido, el número de Reynolds, la correlación de Nusselt aplicable y la aplicación de las fórmulas correspond
Este documento presenta un trabajo práctico sobre torres de enfriamiento que incluye 6 problemas relacionados con el cálculo de parámetros como la temperatura de bulbo húmedo, la humedad absoluta, la entalpía y la altura requerida para torres de enfriamiento usando diagramas psicrométricos. El trabajo práctico es realizado por 7 estudiantes bajo la supervisión de dos profesores.
Este documento presenta los resultados de un experimento de convección forzada en una barra sólida. El objetivo general fue obtener el coeficiente de transferencia de calor promedio para diferentes aperturas de una válvula de compuerta. Los objetivos particulares fueron determinar la relación entre la temperatura de la barra y la diferencia de potencial, así como entender cómo varía el coeficiente de transferencia de calor promedio con las velocidades del aire. Se realizaron mediciones de temperatura en función del tiempo para diferentes aperturas de la válvula y se obtuv
Un pedazo de hielo a 0°C y 100g de agua a 100°C se colocan en un recipiente aislado. Al establecerse el equilibrio térmico, la temperatura final es de 10,15°C. El cambio en la entropía del universo en este proceso es de 22,2 J/K.
El documento describe tres procesos de primer orden: un proceso térmico, un proceso de gas y un nivel en tanque. Se presenta el modelado matemático de cada proceso usando balances de masa y energía. Se explica que cada proceso puede ser representado por una ecuación diferencial de primer orden y se analiza su comportamiento ante cambios en la carga, perturbaciones y perfiles de control.
Este documento contiene varios ejemplos resueltos de problemas de termodinámica relacionados con gases ideales. El primer ejemplo calcula el trabajo realizado durante la transformación del estaño blanco a gris. El segundo ejemplo calcula la lectura de un manómetro en un sistema de dos recipientes con gases a diferentes temperaturas y volúmenes. El tercer ejemplo calcula la presión total, las presiones parciales y la fracción molar de oxígeno en una mezcla de gases.
El documento describe los ciclos termodinámicos de Otto y Diesel. El ciclo Otto, desarrollado por Nikolaus Otto, utiliza la ignición por chispa, mientras que el ciclo Diesel, desarrollado por Rudolf Diesel, utiliza la ignición por compresión. Ambos ciclos constan de cuatro etapas: admisión, compresión, combustión y escape. El ciclo Otto aporta todo el calor a volumen constante, mientras que el ciclo Diesel enciende el combustible solo por la alta temperatura alcan
1) El documento describe los conceptos fundamentales de la primera ley de la termodinámica.
2) La primera ley establece que el cambio en la energía interna de un sistema es igual al calor agregado menos el trabajo realizado.
3) Se explican algunas consecuencias de la primera ley como que para un sistema aislado o un proceso cíclico, el cambio en la energía interna es cero.
El documento trata sobre los principios de la termodinámica. Explica que la energía en el universo se conserva y que el calor y el trabajo son formas equivalentes de variar la energía de un sistema. Introduce conceptos como la energía interna, la entalpía y la capacidad calorífica, y explica cómo se pueden calcular los cambios en estas propiedades termodinámicas para procesos sencillos.
Tablas termodinamicas-TERMODINÁMICA TÉCNICA I TERMODINÁMICA TÉCNICA II Yanina C.J
Tabla 1: Factores de conversión
Tabla 2: Constantes físicas
Puntos fijos de la ITS-90
Diagramas PvT de una sustancia pura
Tabla 3: Datos del punto triple para distintas sustancias
Tabla 4: Masa molar y datos del punto crítico para distintas sustancias
Diagramas h-s, T-s y P-h para el agua
Tabla 5: Coeficientes térmicos de un sistema
Tabla 6: Ecuaciones térmicas de estado
Diagrama generalizado de compresibilidad
Tabla 7: Propiedades termodinámicas del agua saturada. Tabla de Temperatura.
Tabla 8: Propiedades termodinámicas del agua saturada. Tabla de Presión.
Tabla 9: Propiedades termodinámicas del vapor de agua sobrecalentado
Tabla 10: Propiedades termodinámicas del agua líquida comprimida
Relaciones termodinámicas. Expresiones para U, H y S en variables (T,v); (T, P) y (P,v)
Relaciones termodinámicas. Aplicación para gas ideal y fluido incompresible
Diagrama de mollier h-w para el aire húmedo
Diagrama psicrométrico
Tabla 11: Capacidad calorífica media específica de gases ideales
Máquina frigorífica de compresión de vapor
Máquina frigorífica de compresión de dos etapas
Máquina frigorífica de absorción
Tabla 12: Propiedades del refrigerante R-134a saturado. Tabla de Temperatura
Tabla 13: Propiedades del refrigerante R-134a saturado. Tabla de Presión
Tabla 14: Propiedades del refrigerante R-134a. Vapor sobrecalentado
Propiedades del refrigerante R11
Formulario
El método Pinch se utiliza para rediseñar redes de intercambiadores de calor con el objetivo de ahorrar costos y energía. El método se enfoca en integrar el calor de las corrientes calientes en las frías para minimizar el uso de vapor y agua de enfriamiento. Incluye construir curvas compuestas de temperatura vs entalpía para identificar puntos Pinch y cuantificar el calor que puede integrarse entre las corrientes.
Este documento presenta la resolución de 4 problemas de termodinámica. El primer problema involucra el cálculo de la variación de energía interna de un gas en transformaciones a presión y volumen constantes. El segundo problema calcula la potencia necesaria para comprimir aire. El tercer problema calcula la variación de entropía cuando el hielo se transforma a agua. El cuarto problema analiza un ciclo de un gas ideal y calcula trabajos, calores y variaciones de energía interna en cada etapa.
1) El documento describe conceptos fundamentales de la termodinámica como energía interna, energía térmica, calor, capacidad calorífica y calor latente.
2) Explica la primera ley de la termodinámica, que establece que el cambio de energía interna de un sistema es igual al trabajo realizado más el calor transferido.
3) Define unidades de calor como la caloría y el joule, y proporciona ejemplos de calores específicos y latentes de varias sustancias.
1) El documento describe conceptos clave de la termodinámica como energía interna, energía térmica, calor, capacidad calorífica y la primera ley de la termodinámica.
2) Explica que la primera ley establece que el cambio en la energía interna de un sistema es igual al trabajo realizado sobre el sistema menos el calor transferido.
3) Presenta ejemplos de cálculos termodinámicos como el trabajo realizado por un gas al expandirse y la energía requerida para cambiar hielo a vapor.
Este documento trata sobre la energía térmica y la primera ley de la termodinámica. Explica conceptos como la energía interna, el calor latente, calor específico y capacidad calorífica. También presenta la primera ley de la termodinámica, que establece que el cambio en la energía interna de un sistema es igual al trabajo realizado sobre el sistema menos el calor transferido al sistema.
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ESPERAMOS QUE ESTA INFOGRAFÍA SEA UNA HERRAMIENTA ÚTIL Y EDUCATIVA QUE INSPIRE A MÁS PERSONAS A ADENTRARSE EN EL APASIONANTE CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIŁ. ¡ACOMPAÑANOS EN ESTE VIAJE DE APRENDIZAJE Y DESCUBRIMIENTO
2. Prof. José G. Prato Ph.D
TERMODINÁMICA
UNIDAD 1: PRIEMRA LEY DE LA TERMODINÁMICA
TEMA 1.4. La Primera Ley de la Termodinámica
TEMA 1.5. Mecanismos de transferencia de calor
UNIDAD 2: SUSTANCIAS PURAS, ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
EN SISTEMAS ABIERTOS Y CERRADOS
TEMA 2.1. Sustancia pura. Propiedades, diagramas y tablas
TEMA 2.3. Análisis de energía de sistemas cerrados
TEMA 2.5. Aplicaciones a algunos dispositivos ingenieriles de flujo estacionario
3. Ejercicio # 8:
El flujo de masa de vapor a una turbina es 1,5 kg/s, el calor transferido desde la
turbina es de 8.5 kW, además se tiene los datos en la figura.
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
m = 1.5 /s
T1 = 350 º
P1=2
a) Calcular W = ?
b) Represente el proceso en un diagrama P-v
(1)
W
Z1 = 6
1 = 50 /
m = 1.5 /s
x2= 100 %
P2=0.1 Z2 = 3
2 = 200 /
a) Vapor de agua
b) Tablas del agua
4. Ejercicio # 8:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
m = 1.5 /s
T1 = 350 º
P1=2 (1)
W
Z1 = 6
1 = 50 /
m = 1.5 /s
x2= 100 %
P2=0.1 Z2 = 3
2 = 200 /
Tablas del agua
Entrada a la turbina
5. Ejercicio # 8:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
m = 1.5 /s
T1 = 350 º
P1=2 (1)
W
Z1 = 6
1 = 50 /
m = 1.5 /s
x2= 100 %
P2=0.1 Z2 = 3
2 = 200 /
Tablas del agua
Salida a la turbina
6. Ejercicio # 8:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
m = 1.5 /s
T1 = 350 º
P1=2
(1)
W
Z1 = 6
1 = 50 /
m = 1.5 /s
x2= 100 %
P2=0.1 Z2 = 3
2 = 200 /
De la ecuación 1 se determina el W
W = 655670 J/s = 655.67 kW
7. Ejercicio # 9:
El aire contenido en un recipiente se comprime mediante un pistón
cuasiestáticamente. Se cumple durante la compresión la relación Pv1.25 = ctte. La
masa de aire es de 0.1 kg y se encuentra inicialmente a 100 kPa, 20 °C y un
volumen que es 8 veces el volumen final. Determinar el calor y el trabajo
transferido. Considere el aire como gas ideal.
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
m = 0.1
Aire Gas ideal
Compresión
T1 = 20º
P1=100 Pv1.25 = ctte
v1 = 8. v2
Q = ?
W = ? DU = Q - W (1)
P.v = n.R.T (2)
Proceso Politrópico
n = 1.25
8. Ejercicio # 9:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
Pv1.25 = ctte
m = 0.1
Aire Gas ideal
Compresión
T1 = 20º
P1=100
v1 = 8. v2
Q = ?
W = ?
DU = Q - W (1)
P.v = n.R.T (2)
Proceso Politrópico
n = 1.25
(4)
DU = n * CV * DT (3)
Es necesario calcula v1
De (2) v1 = n.R.T1/ P1
9. Ejercicio # 9:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
Pv1.25 = ctte
m = 0.1
Aire Gas ideal
Compresión
T1 = 20º
P1=100
v1 = 8. v2
Q = ?
W = ?
DU = Q - W (1)
P.V = n.R.T (2)
De Proceso Politrópico
n = 1.25
(4)
DU = n * CV * DT (3)
(5)
=
0.1 ∗ 8.314 kPa. 3⁄ . l ∗ 293
100
∗
1 #
29
= 0.084 3
De (2)
v1 = 8. v2 $ =
0.084 3
8
= 0.0105 3
$ = 100 kPa ∗
0.0105 3
0.084 3
% .$&
= 1345.43
10. Ejercicio # 9:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
Pv1.25 = ctte
m = 0.1
Aire Gas ideal
Compresión
T1 = 20º
P1=100
v1 = 8. v2
Q = ?
W = ?
DU = Q - W (1)
P.V = n.R.T (2)
n = 1.25
(4)
DU = n * CV * DT (3)
' =
1
1.25 − 1
∗ 100 . 0.084 3 − 1345.43 . 0.0105 3 = −)). *+ ,-
De (4)
Otra forma de calcularlo
11. Ejercicio # 9:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
Pv1.25 = ctte
m = 0.1
Aire Gas ideal
Compresión
T1 = 20º
P1=100
v1 = 8. v2
Q = ?
W = ?
DU = Q - W (1)
P.V = n.R.T (2)
n = 1.25
(4)
DU = n * CV * DT (3)
Otra forma de calcularlo
12. Ejercicio # 9:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
Pv1.25 = ctte
m = 0.1
Aire Gas ideal
Compresión
T1 = 20º
P1=100
v1 = 8. v2
Q = ?
W = ?
DU = Q - W (1)
P.V = n.R.T (2)
n = 1.25
(4)
DU = n * CV * DT (3)
Hay que calcular el calor (Q)
De (1) Q = DU + W
Q = n * CV * DT + W
. =
0.1
29 / #
∗
5
2
. 8.314
/
#.
∗
492.76 − 293 − 22.91 kJ = −2. 3* ,-
13. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1=10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
300 g de CO2, considerado como gas ideal (Cv = (7/2)*R), se expande desde 10 L y
temperatura 50 ºC a 30 L. Calcular el trabajo y la variación de entalpía si el proceso
se realiza de forma adiabática y reversiblemente.
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
P*Vk = ctte Proceso Adiabático
k = g = Cp/Cv (1)
14. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1=10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
k = g = Cp/Cv (1)
Del formulario Trabajo (W)
Proceso adiabático
(3)
(2)
(4)
15. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1 = 10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
k = g = Cp/Cv (1)
El cambio de entalpía para un gas ideal es:
(3)
(2)
P.V = n.R.T
DH = n * CP * DT (4)
De la Ley de gas ideal (5)
Recordar por definición: n: moles n=
masa
Peso molecular
=
m
PM
(6)
Es necesario determinar las presiones P1 y P2, la temperatura T2
16. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1 = 10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
Es necesario determinar las presiones P1 y P2, la temperatura T2
De la Ec. (5) P1=
n*R*P1
V1
=
m ∗ R ∗ T1
PM ∗ V1
Sustituyendo valores en la Ec. (5)
P1=
300 g∗ 0,08205
5 ∗ 4
# ∗
∗ 50+273 K
44
#
∗ 10 L
= 18,07 5
17. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1 = 10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
Es necesario determinar las presiones P1 y P2, la temperatura T2
Para calcular P2 y T2 usamos las relaciones o ecuaciones del proceso adiabático
T2
T1
=
V1
V2
8%
Es necesario calcular k = g por la Ec. (1)
(7)
P2
P1
=
V2
V1
%8
(8)
k = g = Cp/Cv (1)
Cv es dato, pero es necesario calcular Cp
18. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1 = 10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
Es necesario determinar las presiones P1 y P2, la temperatura T2
Cv es dato, pero es necesario calcular Cp
k = g = Cp/Cv (1)
Del formulario: R = Cp - Cv (9)
Sustituyendo Cv en la Ec (9): R = Cp -
7
2
*R Cp = R +
7
2
*R
Cp =
2 + 7
2
*R Cp =
9
2
*R
19. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1 = 10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
Es necesario determinar las presiones P1 y P2, la temperatura T2
k = g = Cp/Cv (1)
Sustituyendo valores en la Ec (7):
Sustituyendo Cv y Cp en la Ec (1):
k =
9
2
*R
7
2
*R
=
9
7
= 1,286
T2
T1
=
10 L
30 L
1,286 -1
T2= 50 + 273 ∗
10 L
30 L
1,286 -1
T2= 235,98
20. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1 = 10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
Es necesario determinar las presiones P1 y P2, la temperatura T2
Sustituyendo valores en la Ec (8):
P2= 18,07 5 ∗
30 L
10 L
% 1,286
P2= 4,4 5
P2
P1
=
30 L
10 L
%1,286
Sustituyendo la Ec (6) y Cv en la Ec (2) ' =
m
PM
∗
7
2
∗R * T2 − T1 (10)
21. m = 300
CO2 Gas ideal
Expansión
T1 = 50º
V1 = 10 4
V2 = 30 4
Ejercicio # 10:
UNIDADES I y II: EJERCICIOS DE REPASO
El proceso es adiabático
Cv = (7/2)*R
W = ? DH = ?
Datos:
Sustituyendo valores en la Ec (10)
' =
300 g
44 ;
;<=>
∗
7
2
∗ 8,314
?
@ABC∗D
* 235,98 − 323 W = - 17264,2 J
Sustituyendo valores en la Ec (4)
∆F =
300
44 / #
∗
9
2
. 8.314
/
#.
∗
235,98 − 323 = −))+*G. 2 -