a) Problemas sobre Trabajo y Calor para un sistemaa.1) Un kilogramo de oxígeno se encuentra en un arreglo cilindro-émbolo y tiene inicialmente 1.5 Mpa y 0.03 m3, se calienta a presión constante hasta que el volumen se duplica. Después se deja expandir isotérmicamente hasta que se vuelve a duplicar el volumen. Determine: El calor transferido durante el proceso. La variación de entropía para el proceso. a.2) El tanque A inicialmente contiene 5 kg de vapor de agua a 800 kPa y 300ºC, estando conectado a través de una válvula a un cilindro con un pistón sin fricción, como lo muestra la figura. Se requiere una presión de 200 kPa para balancear el peso del pistón. La válvula se abre hasta que la presión en A es igual a 200 kPa. Suponga que todo el proceso es adiabático y que el vapor que permanece en A sufre un proceso reversible y adiabático. El volumen inicial en B es 0.3 m3 y no existe vapor. Determine el trabajo hecho sobre el pistón y la temperatura final del vapor en el cilindro B. Durante el proceso. En el estado inicial el agua está a 100 ºC. A continuación se transmite calor al agua y el émbolo comienza a subir hasta que la presión y temperatura alcanzan valores de 160. La masa de agua es 1 kg y el área del pistón es 0. . contiene agua como se muestra en la figura anexa.3) Un cilindro provisto de émbolo sin fricción. con una calidad de 90%. con una constante de 10 N/mm. y el resorte solamente toca el émbolo sin ejercer ninguna fuerza sobre él. Determine el calor transferido durante el proceso. la fuerza del resorte es proporcional a la distancia recorrida.a.3 kPa y 200 ºC respectivamente.5 m2. 4) Un arreglo cilindro-émbolo contiene Freón-12 el cual ocupa inicialmente un volumen de 0.002 m2.a.1 MPa . . Se somete el sistema a un proceso de calentamiento. Determinar el calor transferido durante el proceso.5 MPa y una temperatura de 110 ºC.86 kg y su área de 0.121 m3 con calidad 25 % a una temperatura de –30 ºC. La presión atmosférica es de 0. La masa del émbolo es 32. Cuando el émbolo llega a los topes superiores el proceso aún no ha terminado. Al final el Freón-12 se encuentra a una presión de 0. b) Problemas sobre Flujo Transitorio b.1) Un tanque rígido de 5 m3 contiene aire a 500 kPa y 52 ºC. La temperatura del aire durante este proceso es constante debido a un calentador de resistencia eléctrica colocado en el tanque. . Una válvula conectada al tanque es abierta y el aire escapa hasta que la presión interior desciende a 200 kPa. Determine el trabajo eléctrico durante este proceso. Se cierra la válvula y el contenido del cilindro se deja llegar hasta el equilibrio. inicialmente a 27 ºC. Determinar la temperatura del gas comprimido que se admitió en el cilindro y la temperatura final del gas en el cilindro. El cilindro está conectado mediante una válvula a una línea de vapor sobrecalentado a 1. Inicialmente contiene 10 kg de agua líquida y 0.2) Un cilindro de paredes aisladas térmicamente está provisto con un pistón sin fricción.5 Mpa. estado en el cual el volumen final del gas es 6 veces el volumen inicial. Se abre la válvula y se dejan entrar 2 kg de vapor al cilindro.5 kg de vapor de agua a una presión de 1.b. . Se abre la válvula de la tubería y se admiten 2. determine la temperatura del vapor sobrecalentado en la línea. Si el volumen final del contenido del cilindro es seis veces el volumen inicial. Dentro del cilindro hay contenido 1 kg de un gas ideal.8 MPa.3) El cilindro de la figura está aislado térmicamente y equipado con un pistón sin rozamiento.5 kg de gas comprimido. b. de masa molecular desconocida. Se cierra la válvula y se deja que el contenido del cilindro alcance el equilibrio termodinámico. La válvula se abre y fluye vapor de Freón-12 hacia fuera dejando la tobera a 100 kPa y – 20 ºC. La transferencia de calor al tanque durante el proceso.4) Un tanque de 25 litros contiene Freón-12 como muestra la figura. Durante este proceso se transfiere calor al tanque tal que la temperatura del Freón-12 en el tanque permanece a 25 ºC. . El tanque inicialmente contiene 90% de líquido y 10% de vapor por volumen a 25 ºC. Determine: La masa total que sale cuando el tanque contiene vapor saturado.b. 1) Se desea construir una fuente de agua ornamental de manera que el chorro a través de la boquilla alcance una altura de 20 m.c) Problemas sobre la ecuación de Bernoulli c. Determine la presión a la salida de la bomba(1) . 25. La gravedad específica del fluido manométrico del medidor de presión es de 1. .2) El medidor venturi mostrado en la figura lleva un flujo de agua. Calcule la velocidad de flujo en la sección A y el flujo volumétrico del agua.c. si el flujo másico es 1. .3) Para el sistema de la figura. cuál será la lectura h del manómetro.5 kg/s.c. 4) Una tobera para un sistema de rociador se diseña para producir una película radial plana de agua.5 mm y que el diámetro interior del tubo de entrada es D1=20 mm. .c. Evalúe la presión P1 requerida para producir un flujo volumétrico de 3 m3/h a través del arreglo de la tobera. Suponga que el espesor de la lámina de agua que sale de la tobera es t=0. . Si la eficiencia adiabática de las turbinas y de la bomba es del 95%.d) Problemas sobre ciclo Rankine d. El calor que se extrae en el condensador es de 1500 kJ/s.5 MPa y 600 ºC y entra a la turbina de alta presión donde se expande hasta la presión de 1 MPa para ser sometido luego a un proceso de recalentamiento de donde sale a 1 MPa y a 600 ºC. El vapor a estas condiciones entra a la turbina de baja presión y se expande hasta la presión del condensador de 50 kPa. determine la rata de calor total en kJ/s entregada a la caldera.1) En un ciclo Rankine con recalentamiento. el vapor sale de la caldera a 2. El rendimiento de la turbina es 90 % y el de las bombas 85%. En la turbina. .d. el vapor sale de la caldera a 2 MPa y 600 ºC . Determine el rendimiento térmico del ciclo. se hace una extracción a 300 kPa para hacer regeneración en un calentador tipo abierto y el resto del vapor se expande hasta la presión del condensador a 10 kPa.2) En una planta de vapor con regeneración. La potencia que consume la bomba B2 es 10 kW. el vapor sale de la caldera a 1.d. La potencia que consume la bomba B2 es 150 kW.3) En una planta de vapor con regeneración. . Determine la potencia producida por la turbina. En la turbina.6 MPa y 600 ºC. se hace una extracción a 200 kPa para hacer regeneración en un calentador tipo cerrado y el resto del vapor se expande hasta la presión del condensador a 50 kPa. El rendimiento de la turbina es 90% y el de las bombas 85 %. 4) Vapor sobrecalentado sale de la caldera a 5 MPa y 500 ºC. La eficiencia de la turbina es 100% y la de la bomba 90%.d. la cual entra a 25 ºC y sale a 55 ºC. . Si la turbina produce una potencia de 1000 kW. Se extrae una fracción de vapor a 1 MPa para un calentador de agua de alimentación tipo cerrado y el resto se expande en el condensador a la presión de 50 kPa. calcule el flujo másico del agua de enfriamiento en el condensador. 0. a.4) RESPUESTA 570 kJ b) Problemas sobre Flujo Transitorio b.2) RESPUESTA 700 kJ. RESPUESTAS a) Problemas sobre Trabajo y Calor para un sistema a.5 ºC.1) RESPUESTA -1500 kJ .8189 kJ/K a.3) RESPUESTA 359. a. 234.1) RESPUESTA 222 kJ.37 kJ. 11 kJ c) Problemas sobre la ecuación de Bernoulli c.085 m3/s c.61% d. 0.1) RESPUESTA 2163.2) RESPUESTA 609 ºC b.3) RESPUESTA 30 cm.2) RESPUESTA 33.495 kPa c.65 kg .1) RESPUESTA Pabs = 297.2) RESPUESTA 1. 514. d) Problemas sobre ciclo Rankine d. b.1kJ/s d.29 K b. 3559.3) RESPUESTA 72.4 MW d.4) RESPUESTA 16 kg/s .3) RESPUESTA 600 K .2 m/s .4) RESPUESTA 28.