Ejercicios resueltos Termodinámica - Mezclas
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Problema Nº 01:
m=10000 kgh
- Adiabática
T=800℃ - Con rozamiento
P=10MPa -Analicemos 1º sin rozamiento: T .d S=dq+d qr
d S=0 ,' ISOS 'ηisos=0.96
P=2MPaW real=?
T real=? ⇒η isos=W real
W isos
, HallandoW realobtenemosT real
1º Q−W isos=(△ h )isos (m )+△ Ec+△ Ep
W isos=(h1−h2 isos)m
T 1=800℃ ⟹ h1=4114.8kJkg
P1=10MPa s1=7.4077kJ
° K . kg
o Ahora :
s2=s1=7.4077kJ
° K .kg
h2 isos=3208.28kJkg
P2=2MPa T 2isos=492.15℃
m=100003600
=2.78 kgs
W isos=(2.78 ) (4114.80−3208.28 )=2520.13 kJs
W real=(0.96 )(2520.13)
W real=2419.32kJs
W real=m (h1−h2 real )
2419.32=2.78 (4114.80−h2 real)
⇒h2real=3244.64kJkg
T 2 real=398.66℃∴
s2 real=7.1224kJ
° K .kg
Problema Nº 02:
V=cte⇒W=0Vm
=v1 ⇒m= V
v1= 0.10.001043
⇒m=95.88kg .
V 1=1 Lts .P1=100kPa (L.S .)
V 2=1 Lts .P2=100kPa (L. S .)
u1=417.33v1=0.001043T 1=99.02℃
v2=0.001043P2=700kPa
vLC=v Ls=0.001043
T s=102.41℃
uLC=us=435.85
Q−W=∆U
Q1→2=m(u2−u1)
⇒Q=98.88(435.85−417.33)
Q=1831.2576 kJ
∆ t (Q−W )=∆h (m )(∆ t)
−W=∆h .m
W=(h2' −h3 ) .m ⇒W=95.88(2763.5−2675.5)W=8437.44kJ
Por tanto tenemos: U 1=417.33 (95.88 )=40013.6004 kJ
U 3=2506.1 (95.88 )=240284.868kJ
QT=(U3−U 1 )+W
QT=(240284.868−40013.6004 )+8437.44
QT=208708.7076kJ
Problema Nº 03:
P=1.033 kg−f
cm2=0.101kPa P1=1.033MPa
v1=0.003155m3
kg
V l
V v
=(1−x ) . v LS
x . vVS
V=cte.v=cte . (Proceso ISOV)Asumo: mT=1kg .
x=mv
mT
⇒ x=mv
v=v LS+x (vgs−v ls)
0.003155=0.0010432+x (1.6812−0.0010432)
x=0.0012569
mv=0.0012569kg .
mL=0.998743 kg .
Problema Nº 04:
o Se va a proceder a cargar un sistema de refrigeración con FREÓN – 12.
¿Cuál será la masa de FREÓN-12 en el sistema cuando la presión alcance 2.47
kg−f
cm2=0.242MPa?
Podemos observar que nos encontramos en la zona de sobrecalentado.
v=0.0851333 m3
kg
m= 0.0240.0851333
=0.2819 kg .
a) ¿Cuál será la masa de FREÓN-12 en el sistema cuando se llena con vapor saturado?vS=0.0246456
m3
kg⇒m= 0.024
0.0246456=0.9738kg .
b) ¿Qué fracción del FREÓN-12 existirá en forma líquida cuando se haya colocado 1.36 kg. de FREÓN-12 en el sistema?
v=0.0241.36
=0.0176 m3
kg
v=v LS+x (vgs−v ls)
0.0176=0.0007667+x (0.0249496)x=0.6747
⇒m v=0.6747 (1.36 )=0.9176kg .
Problema Nº 05:
mc=69kgh
mt=454kgh
a) La turbina entrega al compresor 16 hp.
Q−W=m ∆h
W=mt(hTe−hTs
)
W=0.126 (3135.252−2705.8 )=54.11kW
⇒G=W−11.93 kW=¿ 42.18 kW
b) En el compresor:
Q−W C=mt (hCs−hCe )
Q=69(177.197−299.45)
3600+11.93
Q=9.5868kW
Problema Nº 06:
En un proceso de flujo estable se mezcla amoniaco líquido a una presión de 14.4kg−f
cm2 y una
T=15.6℃ con vapor saturado a una presión de 14.5kg−f
cm2 , el flujo de masas de líquido y vapor son
iguales. Determine el valor de Q por kg de mezcla.
Después de la mezcla: PS=12.7kg−f
cm2 m=0.5 kgs
x=0.85
2 m=1 kgs
m=0.5 kgs
Q−W=∑mhs+∑ mhe………(*)
Tenemos que: En 1: u=h−P' v
u=253.386−743.134 (0.00016214)
u=253.2655 kJkg
En 2: h=u+Pv
h=253.2655+1382.7(0.00016214)
heL=253.49 kJ
kg
- Para el Vapor saturado, tenemos de manera similar:
En 1: u=h−P' vu=1456.834−743.134(0.171464 )
u=1329.41 kJkg
En 2: h=u+Pv h=1329.41+1421.9(0.171464)
heV=1573.21 kJ
kg
- Para la salida:
P=1245.4 kPah=hf +x (hfg)
h=333.1407+0.85 (1134.6444)
hS=1297.588kJkg
- De (*):Q=1 (1297.588 )−[0.5 (253.49 )+0.5(1297.588)]
Q=522.049 kW
Problema Nº 07:
- Tengo un compresor de N2:
P=20 atm=2.0265MPa ηisos=0.8
m=400 kgh
=0.111 kgh
ηisos=W isos
W real T .d S=dq+d qr
d S=0 ,' ISOS '3atm=0.3039MPaT=27℃
1º W isos=(h1−h2 isos)m
- Para ‘h1’: h°=hT 1⇒ hT1
=hT 1
PM= 5428.013
⇒hT 1=1.9276 kJ
kmol
sT 1=s°T 1
−R ln P1=191.789−8.31447 ln 3=182.65
s°T 2=sT 2
+R lnP2
s°T 2=182.65+8.31447 ln 20=207.56 kJ
kg
- Con esto en tablas:
hT 2
°=hT2=6360.8915 kJ
kmol
hT 2isos=hT2
=hT 2. PM=178187.65 kJ
kg
W isos=(h1−h2 isos ) m=(1.9276−178187.65 )0.111=−19778.615kW