TEMA:

“problemas de termodinámica”

INTEGRANTES: código:

- Miniano Vásquez, JHON JUL. 2012200021

Profesor: Esquerre Jorge

Villa El Salvador 21-06-14Lima-Perú

CALOR Y TRABAJO

(LIBRO YUNUS A.CENGEL)

2.33)

Un hombre empuja un carrito con su contenido por una rampa que está inclinado en un ángulo de 20 ° respecto a la horizontal. El trabajo necesario para mover a lo largo de esta rampa se determinará considerando (a) el hombre y (b) el carro y su contenido como el sistema.

Análisis (a) Teniendo en cuenta que el hombre como el sistema, dejando que L sea el desplazamiento a lo largo de la rampa, y dejar que α es el ángulo de inclinación de la rampa.

W=F*(L)*sen(α)=m*g*L*sen(α)=(100+100kg)*(9.8m/s2)*(100m)*sen(20)*1kJ /kg

1000=

67.0 Kj

Este es un trabajo que el hombre debe hacer para aumentar el peso de la cesta y el contenido, además de su propio peso, una distancia del sen(α).

(b) Aplicando la misma lógica a la cesta y su contenido da:

W=F*(L)*sen(α)=m*g*L*sen(α)=(100kg)*9.8m/s2)*(100m)*sen(20)*1kj /kg1000

= 33.5 kJ

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR(UNTELS)

Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Termodinámica

2.36)Una varilla de acero de 0.5 cm de diámetro y 10m de longitud se estira 3 cm . para ese acero, el módulo de elasticidad es 21 kN/cm2.¿cuánto trabajo en kJ se requiere para estirar esta varilla?

El trabajo necesario para estirar una varilla de acero en una longitud especificada se va a determinar. Supuestos El módulo de Young no cambia cuando la varilla se estira.

Análisis El volumen original de la varilla es

V0 =π∗D2

4*L=

π∗(0.005m)2

4*(10 m) = 1.963×10-4 m3

El trabajo necesario para estirar la varilla de 3 cm es :

W= V 0∗E

2*(ε2

2- ε12)

= (1.963×10−4m3 )∗(21×10−4 kN

m2)

2*[(0.03m)2−02 ]

= 0.01855 Kn.m = 0.1855 kJ

1°LEY DE LA TERMODIANMICA

2.52)

Un ventilador está situado en un ducto cuadrado de 3 pies x 3 pies. Se miden las velocidades en varios puntos a la salida, y se determina que la velocidad promedio de flujo es 22 pies/s. Suponiendo que la densidad del aire es 0.075 lbm/pie3, calcule el consumo mínimo de potencia del motor del ventilador.

Sol:

El ventilador acelera a una velocidad específica a través de un conducto. La potencia eléctrica mínima para que el motor de ventilación se pueda determinar:Asumimos:

a) El ventilador funciona constantementeb) No hay pérdidas de conversión.

Propiedades:

La densidad del aire se da a ser ρ = 0,075 bm/ft3.

Análisis:Un motor de ventilación convierte la energía eléctrica en energía mecánica del eje, y el ventilador transmite la energía mecánica del eje (potencia en el eje) a la energía mecánica del aire (energía cinética). Para un volumen de control que encierra la unidad motor-ventilador, el balance de energía se puede escribir como:

Donde:

Sustituyendo, la entrada de potencia mínima necesaria se determina que es:

Nota:El principio de conservación de la energía exige que la energía se conserve, ya que se convierte de una forma a otra, y no permite que toda la energía que se crea ni se destruya durante el proceso. En realidad, la potencia necesaria será considerablemente más alta debido a las pérdidas asociadas con la conversión de eje eléctrico a mecánico y mecánico de energía de eje a cinética del aire.

2-54)En un centro comercial, una escalera eléctrica está diseñada para mover a 30 personas de 75 kg cada una, a una velocidad constante de 0.8 m/s, por una pendiente de 45°. Determine el consumo mínimo de potencia necesario para mover la escalera. ¿Cuál sería su respuesta si aumentara al doble la velocidad de la escalera?

Solución:

Una escalera mecánica inclinada se usa para mover un cierto número de personas desde arriba a una velocidad constante. Nos piden la mínima potencia necesaria para accionar esta escalera mecánica se mueva.

Asumimos:

a) Resistencia aerodinámica y la fricción son despreciablesb) La masa media de cada persona es de 75 kg. 3c) La escalera mecánica opera de manera constante, sin aceleración.d) La masa de la escalera mecánica en sí es insignificante

Análisis: En las condiciones de diseño, la masa total movida por la escalera mecánica en un momento dado es:Masa = (30 persons) (75 kg/person) = 2250 kg

La componente vertical de la velocidad de la escalera mecánica es:

Bajo las suposiciones indicadas, la potencia suministrada se utiliza para aumentar la energía potencial de las personas. Tomando a las personas en el elevador como el sistema cerrado, el balance de energía en la forma se puede escribir como:

Es decir, bajo las suposiciones indicadas, la potencia de entrada a la escalera mecánica debe ser igual a la tasa de aumento de la energía potencial de las personas. Sustituyendo, se convierte en la potencia de entrada requerida.

Cuando la velocidad de las escaleras mecánicas se duplica a V = 1,6 m / s, la potencia necesaria para impulsar la escalera mecánica se convierte en

2°LEY DE LA TERMODIANMICA

6-28)Una planta eléctrica de carbón produce una potencia neta de 300 MW con una eficiencia térmica total de 32 por ciento. La relación real gravimétrica aire-combustible en el horno se calcula que es 12 kg aire/kg de combustible. El poder calorífico del carbón es 28,000 kJ/kg. Determine

a) La cantidad de carbón que se consume durante un periodo de 24 horas

b) La tasa de aire que fluye a través del horno.

Solución:

Una planta de energía de quema de carbón produce 300 MW de potencia. La cantidad de carbón consumido durante un período de un día y la tasa de aire que fluye a través del horno se han de determinar.Asumamos:

a) La central funciona de forma constanteb) Los cambios de energía cinética y potencial son cero.

Dato:El valor de calentamiento del carbón se da a ser 28.000 kJ / kg.

A)La velocidad y la cantidad de entradas de calor a la planta de energía son:

La cantidad y la velocidad de carbón consumido durante este periodo son

B) Tomando nota de que la relación aire-combustible es 12, la tasa de aire que

fluye a través del horno es:

6-23) En 2001, Estados Unidos produjo 51 por ciento de suelectricidad, 1.878 _ 1012 kWh, en plantas con quemadores de carbón. Tomando la eficiencia térmica promedio como 34 por ciento, determine la cantidad de energía térmica rechazada por las plantas eléctricas de carbón en Estados Unidos ese año.

Solución:

Los Estados Unidos producen alrededor del 51 por ciento de electricidad a partir de carbón con una eficiencia de conversión de aproximadamente el 34 por ciento. La cantidad de calor liberado por las plantas eléctricas de carbón por año se va a determinar.

Análisis:

Tomando nota de que la eficiencia de conversión es de 34%, la cantidad de calor liberado por las plantas de carbón por año es:

ENTROPIA

7-25) Se transfiere calor, en la cantidad de 100 kJ, directamente de un depósito caliente a 1 200 K a un depósito frío a600 K. Calcule el cambio de entropía de los dos depósitos y determine si se satisface el principio de incremento de entropía.

Solución:

El calor se transfiere directamente de un depósito de energía-fuente a un disipador de energía. El cambio de entropía de los dos depósitos se ha de calcular y es por determinar si el aumento del principio de entropía es satisfecho.

Asumamos: Los depósitos operan de manera constante.

Análisis:

De la variación de entropía de la fuente y sumidero está constituida por:

Dado que la entropía de todo este proceso se ha incrementado, esta transferencia de calor es posible.

7-28)

Durante el proceso isotérmico de rechazo de calor en un ciclo Carnot, el fluido de trabajo experimenta un cambio de entropía de -0.7 Btu/R. Si la temperatura del sumidero térmico es de 95ºF, determinar:

a) La cantidad de transferencia de calorb) Cambio de entropía del sumideroc) El cambio total de entropía para este proceso

Solución:

a) Este es un proceso isotérmico reversible, y el cambio de entropía durante un proceso de este tipo se da por:

b) El cambio de entropía del sumidero se determina a partir de:

c) El cambio total de entropía para este proceso es: