UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARI LA MOLINAFACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARTIAS DPTO: INGENIRIA DE ALIMENTOS Y PRODUCTOS AGROPECUARIOS TERMODINAMICA GENERAL 1. ¿Cuál es la diferencia entre punto triple y punto crítico? 2. Cómo determina Ud. la calidad y humedad del vapor recalentado?? 3. Cuál es el significado físico de hfg? , explique. 4. Un hombre está cocinado frejoles: a) en una olla sin tapa, b) en una olla tapada y c) en una olla a presión. En cual caso el tiempo de cocción será masa corto , Porque?. 5. Deduzca la ecuación para determinar el calor especifico a presión constante 6. En una tubería horizontal perfectamente aislada, ocurre un proceso de flujo estacionario, sabiendo que D1= D2, demuestre que: Cp dt = P dv 7. Deduzca los valores que puede tomar el calor especifico en los siguientes procesos: a) Isoentropico b) Adiabático reversible c) Politrópico 8. Para un gas ideal que sigue un proceso cerrado isotérmico, demuestre que : V s RoLn 2 V1 9. ( ) Mas allá de la temperatura de inversión máxima no es posible enfriar un fluido a través de una expansión isoentalpíca. Explique 10. El único punto en el que pueden coexistir tres fases de una sustancia pura simultáneamente en equilibrio, recibe el nombre de: ......................... 11. Un calor especifico infinito se da en un proceso .................................., seguido por un gas ideal, y significa que : ......................................................................... ............................................................................. 12. Cuando se expande adiabaticamente 1 kg de aire (k = 1.4), Ro = 0.0685 kcal/kg °K) su temperatura desciende 120 °. Cuanto trabajo se obtiene del proceso de expansión. 13. En el sistema internacional de unidades la variación de entropía está dada en ............................................. 14. Explique claramente el experimento de Joule y Thomson (proceso de estrangulamiento) 15. Para un proceso politropico seguido por un gas ideal, demuestre que: dQ = m Cn dT. tal como se indica en la figura.24.4). 24. explique..vapor de agua a 100 ºC. 800 kPa M2 200ºC 800 kPa Sistema adiabático .5 m3 contiene una mezcla satura de liquido ....... Demuestre que: Cp = (KRo)/(K-1)J 16. el volumen ocupado por el liquido en el estado inicial y el calor suministrado a la mezcla. bajo qué condiciones son iguales las entalpias de entrada y de salida. liq sat... El agua se calienta hasta que alcanza el estado crítico.. seguido por un gas ideal. El ascenso del pistón se debe a la evaporación del agua y se realiza un trabajo de 5 BTU. Un calor especifico infinito se da en un proceso . En un proceso PVn.... demuestre que el calor especifico es Cn = Cv ((k-n) /1-n).. ………………………………………………………………… . Un dispositivo cilíndrico vertical de embolo contiene agua y se calienta encima de una estufa. Es posible comprimir isotermicamente un gas ideal en un dispositivo adiabático de cilindro embolo. explique.?? 18.. 20... Considere un calentador abierto de agua de alimentación que opera a 800 kPa. Determine el cambio en la energía interna en BTU y en lb-pie. Un recipiente rígido de 0. Cuanto trabajo se obtiene del proceso de expansión.. 21.. 25. y significa que . A partir de la ecuación de calor especifico en un proceso politrópico deduzca el valor que toma este en un proceso adiabático reversible? 17. 19.... cuanto?? 22.. podrían ser estos valores negativos. Qué proceso requiere más energía. Determine la masa de agua líquida.. En las centrales se utilizan calentadores abiertos de agua de alimentación. Que valores puede tomar Cn??? .... M1 50ºC 800 kPa H2O.... Cuando se expande de modo isentropico una masa determinada de aire (k = 1. Durante el proceso se transfiere 65 BTU de calor al agua y se pierden por las paredes laterales 8 BTU. Determine la relación de tasas de flujo de los alimentadores de agua y de vapor.... Para calentar el agua de alimentación se utiliza vapor que se extrae de una turbina en una etapa intermedia.06 kcal/kg °K) su temperatura desciende 120 °. evaporar 1 kg de agua saturada a 1 at de presión o evaporar 1kg de agua líquida saturada a 8 at de presión. La energía interna aumenta o disminuye.. Ro = 0. En un proceso de estrangulamiento. 23. determine el flujo másico de agua fría adiabático 30. Determine la masa de agua liquida. Considerando que el sistema se mantiene a presión constante. deduzca el valor de esta en sistema métrico y sistema inglés 31. Suponga que aire inicialmente se encuentra a 240 0F y 8 atm sufre los siguientes cambios: primero se expande en forma reversible e isotérmica a una presión tal cuando se enfría a volumen constante hasta 40 0F su presión final es 2 atm. Se mezcla dos corrientes de agua como se indica en la figura.2968 KJ /kg oK.26. el volumen ocupado por el liquido en el estado inicial y el calor suministrado a la mezcla. b) calor. En el sistema adiabático de la figura. Si es posible calcule la energía transferida en las preguntas a y b . Un recipiente rígido de 0. BTU/lb 0R) determine : a) Trabajo.vapor de agua a 100 ºC. mientras mantiene un CDP de 6.5 Mpa V2 = 300 m/s 32. d. determine la relación entre las áreas de salida y entrada P1 = 3 Mpa T1 = 400 C V1 = 40 m/s P2 = 2. 27. El agua se calienta hasta que alcanza el estado crítico. 100 C c. La constante especifica de un gas ideal es Ro = 0. c) ΔU y d) ΔH 29. en estas condiciones el pistón se encuentra a 0. a qué distancia estará el pistón si la temperatura cambia a: a. 200 C b. Dibuje los procesos en los planos Pv y Tv.1 m de la base.5 m3 contiene una mezcla satura de liquido .5. Suponiendo que el aire es un gas ideal (cp = 7 Cv = 5. Un inventor afirma haber desarrollado un sistema de refrigeración que extrae calor de la región enfriada a – 5 ºC y lo transfiere al aire de los alrededores a 25 ºC. Un sistema cilindro pistón contiene líquido saturado a 200 kPa. ¿porqué? 28. Esta afirmación es razonable. Considere un calentador abierto de agua de alimentación que opera a 800 kPa.33. liq sat. Determine: la temperatura final. Determine la cantidad de trabajo que hay que suministrar a la bomba de calor . el calor transferido y la grafica en el plano P-v 300 kPa H2 O 200 kPa Vap saturado 36. sufre el proceso cíclico 12341 que muestra la figura. Sesenta kg/h de agua entra al intercambiador de calor (en 1) en estado de liquido saturado a 200 kPa y sale como vapor saturado (en 2). U y H en cada etapa y para el ciclo completo. Calcular la calidad final.El calor es suministrado al intercambiador de calor mediante un ciclo de Carnot cuyo reservorio de baja temperatura esta a 16 0C. Supóngase que 0. En las centrales se utilizan calentadores abiertos de agua de alimentación. W. Luego es trasladado a un ambiente. donde pierde calor hasta que la presión baja a 21. 800 kPa M2 200ºC 800 kPa Sistema adiabático 37. Determine la relación de tasas de flujo de los alimentadores de agua y de vapor. Para calentar el agua de alimentación se utiliza vapor que se extrae de una turbina en una etapa intermedia. Un cilindro contiene 0. el trabajo hecho por el vapor. Un recipiente rígido contiene vapor en estado crítico.5 m3 de vapor saturado. M1 50ºC 800 kPa H2O. Dibuje el proceso en los planos P-v y T-s 34. T 250 0C 1 4 2 10 kPa 3 s 35. independiente de la temperatura. tal como se indica en la figura.1 moles de un gas perfecto con Cv R.3 Kgf/cm2. Calcular el Q. se transfiere calor hasta que el volumen se duplica. Suponiendo que el aire es un gas ideal (cp = 7 Cv = 5. Determine la perdida de calor y el flujo masico del vapor . b) calor. donde m = flujo másico m2 ( A1 / A2 ) 2 1 2 1 h 41. inicialmente a 200 kPa y 0. Determine el calor transferido 40.38. Circula a través de la tubería mostrada en la fig una corriente de vapor. observándose una caída de temperatura debido a la perdida de calor. c) ΔU y d) ΔH. reversible e incompresible mostrado en la fig demuestre : 2 2( P1 P2 ) A1 . BTU/lb 0R) determine: a) Trabajo. Se le suministra calor y el embolo se desplaza hasta alcanzar 0. En el sistema adiabático. Un sistema embolo / cilindro contiene 50 kilogramo de agua.5 m3.1 m3. Suponga que una lb de aire inicialmente se encuentra a 240 0F y 8 atm sufre los siguientes cambios: primero se expande en forma reversible e isotérmica a una presión tal que cuando se enfría a volumen constante hasta 40 0F su presión final es 2 atm. 39. El sistema de la Figura contiene 1. Determine la masa inicial y final de vapor así como el calor transferido Vapor . luego se abre la válvula y volumen disminuye a la mitad. (b) Dibuje el proceso en los planos Pv y Ts. Inicialmente con la válvula cerrada contiene vapor. la diferencia de presiones está indicada .cilindro está equipado con una válvula de escape. determine el flujo másico y la velocidad. (5P) R aire = 287 J/kg oK 45.5 kg de aire a 27 ° C y 160 kPa. (use las tablas de aire si lo cree necesario). El sistema embolo . 1 Mpa 0.1MPa 250 0C 2m/s Diam = 1. (5P) 44. Asuma que todo el proceso es reversible. Dibuje el proceso en el plano Pv.2 m3. Ahora se calienta hasta 900 0 K a través de un proceso donde la presión varia linealmente con el volumen. encuentre el trabajo y el calor transferido. duplicándose el volumen inicial. El pistón se mueve lentamente a través de un proceso isotérmico hasta alcanzar una presión de 200 kPa. 10 MPa. Un cilindro / pistón contiene 2 kg de agua a 200 ° C.2 m 800 KPa 200 0C Q 42. 250 oC 43. (a) Determine el calor transferido a 200 ° C. Para el sistema adibático reversible de flujo estacionario. 02 kJ/kg/ 0C.075 m3. Cv = 5 BTU/lb 0R) determine (sistema internacional de unidades) : a) Trabajo.4 MPa y 180 °C.4 MPa y 180 °C. Para comprimir este resorte en 1 m se requiere una fuerza de 360 kN. 48. Al elevarse. el volumen ocupado por el líquido en el estado inicial y el calor suministrado a la mezcla. b) calor. contiene 3 kg de agua en estado de liquido saturado a 200 kPa. Un sistema embolo-cilindro con topes en la parte superior. el área y la temperatura de salida. el mezclador disipa calor a razón de 1356 kJ/min. Calcule el flujo de agua que se extrae del pozo.06 m2. Cuando el embolo alcanza los topes el volumen encerrado es de 60 l. 53. c) ΔU y d) ΔH. Se tiene un sistema cilindro-pistón con 4 kg de agua saturada a 35 oC. que se extrae de un pozo geotérmico. Determine el flujo masico. Cp = 1. y una corriente de vapor saturado.03 m3. de área transversal de 0. Suponga que una lb de aire inicialmente se encuentra a 240 0F y 8 atm sufre los siguientes cambios: primero se expande en forma reversible e isotérmica a una presión tal que cuando se enfría a volumen constante hasta 40 0F su presión final es 2 atm. provocando que una parte de liquido se evapore y mueva el embolo hacia arriba. donde se producen una corriente de líquido saturado. A un mezclador se introduce 3 kg/s de agua a 300 kPa y 15 °C. determine el flujo de descarga del mezclador en kg/s. en kJ. se estrangula mediante una válvula de expansión. 47. Ro = 0. encontrará un resorte ideal cuando el volumen contenido sea de 0. (3P) 50. . Determine la masa de agua líquida. que alimenta a una turbina adiabática que produce 1. según la Figura. Se transfiere calor al agua.4 MW y cuya salida está a 15 kPa y 90% de calidad. Determine la cantidad de calor (kJ) suministrado durante todo el proceso 51.vapor de agua a 100 ºC.46. Un recipiente rígido de 0. para incrementar su temperatura se introduce otra corriente con agua a la misma presión y 140 °C. El agua se calienta hasta que alcanza el estado crítico. obteniéndose una mezcla que se introduce inmediatamente en una cámara de separación a 400 KPa. en kg/s 49. m3/kg 0K. Inicialmente el pistón. Un flujo de agua a 1. 52. descansa sobre unos topes encerrando un volumen de 0. que se extrae de un pozo geotérmico. Si la presión final es de 7 MPa. determine el estado final del agua y el trabajo hecho durante el proceso. Dibuje los proceso en el plano P-V y T-S. donde se producen una corriente de líquido saturado. Luego se añade más calor hasta que la presión se duplica. Aire es acelerado a través de un proceso reversible de flujo estacionario. se estrangula mediante una válvula de expansión. Para elevar el pistón contra la presión atmosférica se requiere aplicar una presión de 300 kPa. Suponiendo que el aire es un gas ideal (cp = 7 BTU/lb 0R.287 kPa. Un flujo de agua a 1. Si la mezcla se descarga a 300 kPa y 50 °C.5 m3 contiene una mezcla satura de liquido . obteniéndose una mezcla que se introduce inmediatamente en una cámara de separación a 400 KPa. que se desecha. 4 MW y cuya salida está a 15 kPa y 90% de calidad. Un proceso requiere 1814 kg/h de vapor de agua a 300 °C y 200 kPa. la presión de vapor de la caldera se reduce a 200 kPa por medio de una válvula de expansión adiabática. Calcule el flujo de agua que se extrae del pozo. 54. en kg/s y dibuje el proceso en el plano T-s. que alimenta a una turbina adiabática que produce 1. Estas corrientes de vapor se mezclan. . Calcule. sin embargo. el calor que debe suministrarse después del punto de mezclado para cumplir con las necesidades del proceso. El sistema para abastecer el vapor consiste en una turbina que descarga vapor a 200 kPa y 135 °C y una caldera que genera 1134 kg/h de vapor a 200 kPa y 210 °C.que se desecha. en kW. antes de mezclarse. y una corriente de vapor saturado.