El nitrógeno líquido

4-B10 El nitrógeno líquido se almacena en un tanque Dewar esférico que tiene un diámetro interior de D = 0,7 m. El tanque se llena inicialmente para que el 50% del volumen de Dewar sea líquido. El tanque está equipado con un regulador de presión que se establece en Pt = 250 kPa.

El vapor se escapa del tanque a través de la válvula reguladora según sea necesario para mantener esta presión en el tanque. El nitrógeno líquido se almacena durante un tiempo = 1 semana (168 horas). Al final de este período, el 42% del volumen de Dewar es líquido.

Determine la tasa de transferencia de calor al nitrógeno.

4-B11 Quieres construir una pistola de patatas. Pasó algún tiempo investigando este tema y descubrió que las pistolas de papa se dividen en dos categorías principales: las que usan aire comprimido y las que usan líquido para encendedores. Siendo un super-geek, decides que el tuyo debe usar ambos métodos. Un esquema de su diseño se muestra en la Figura 4.B.11 (a.

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La tubería que usted ha localizado tiene un diámetro interior D=3.5 pulgadas y una longitud L=4 pies. La patata está atascada en el barril de modo que se sienta a una distancia z= 10 pulgadas de la parte inferior de la tubería, creando un volumen atrapado (llamado la cámara) que se llenará de aire a presión. La papa se mantiene en su lugar por un alfiler que eventualmente se retira con el fin de iniciar el proceso de lanzamiento. La papa tiene masa mp=1 1bm se ha conectado una fuente de fluido más ligero y un encendedor a la cámara y también se encuentra un pequeño compresor con el fin de cargar la cámara con aire comprimido. En el estado 1, el volumen de la cámara es inicialmente aspirado con aire ambiente a 1Patm=100 kPa y Tamb=20 C. el compresor se activa y el proceso de carga lleva la cámara del estado 1 al estado 2 como se muestra en Figura 4B-11(b).

El compresor proporciona un caudal volumétrico en su puerto de aspiración. Vction= 2,5 litros /min. El compresor extrae aire del entorno en Patm y Tamb en el puerto de aspiración y lo comprime a Pdischarge=950 kPa.

La temperatura del aire que sale del compresor es Tdischarge=85C. El aire que sale del compresor pasa a través de una válvula y entra en la cámara. La válvula se cierra cuando la cámara alcanza una presión P2=Pcharge= 750 kPa. La temperatura del aire en la cámara en este momento es T2= recarga = 102 º C. el compresor funciona en estado estacionario y es adiabático. Modele el aire como un gas ideal pero no asuma que tiene una capacidad térmica específica constante (i.e. , utilizar la substancia «aire» en EES).

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A) ¿Cuál es el caudal másico proporcionado por el compresor?

B) ¿Cuál es la tasa volumétrica de flujo de aire que sale del compresor (en litros /min)?

C) ¿Cuál es la potencia que requiere el compresor?

D) ¿Durante cuánto tiempo debe funcionar el compresor para cargar la cámara?

E) ¿Cuál es la cantidad de calor transferido de la cámara al entorno durante el proceso de carga?

La siguiente fase del proceso es la combustión, como se muestra en la figura 4.B-11(c). El proceso de combustión lleva la cámara del estado 2 al estado 3.

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Se inyecta fluido más ligero en el aire de la cámara y se enciende la mezcla aire/combustible.

La masa de líquido más ligero que se inyecta es mie-0.05 g. Modele el proceso de combustión como una transferencia de calor al aire en la cámara: la transferencia de calor por masa de combustible se conoce como el calor de combustión del combustible. Para un fluido más ligero, el calor de combustión es de HC-46 MJ/kg. Supongamos que el proceso de combustión es tan rápido que no se transfiere calor a los alrededores. Usted puede modelar los productos de combustión como aire puro y descuidar la pequeña cantidad de masa asociada con el combustible.

f) ¿Cuál es la temperatura y presión del aire en la cámara al final del proceso de combustión?

La siguiente fase del proceso se inicia, como se muestra en la figura 4.B-11(d). Se tira de la clavija y se empuja la patata desde su posición inicial hasta el final del barril. El proceso de lanzamiento lleva a la cámara del estado 3 al estado 4 (donde la papa está a punto de salir de la pistola).

[pic 4]

El proceso de lanzamiento ocurre tan rápidamente que el calor transferido a los alrededores puede ser descuidado. Además, supongamos que el aire sufre un proceso de expansión politrópica durante el proceso de lanzamiento donde la presión y el volumen del aire en la cámara están relacionados de acuerdo a:

[pic 5] 

Donde n =1.4 es el exponente politrópico y C es una constante.

G) determinar el trabajo realizado por el aire en la cámara sobre la papa durante el proceso de lanzamiento.

H) determinar la temperatura y presión del aire en la cámara al término del proceso de lanzamiento.

I) determinar la velocidad que tiene la papa al salir del cañón de la pistola (().

J) estimar la altura que alcanzará la papa después de su lanzamiento. Descuide la resistencia del aire para este cálculo.

K) trazar la altura que alcanzará la patata en función de la posición inicial del alfiler (z). Debe ver que hay una posición óptima para colocar la patata. Explique por qué es así

L) superponer en su parcela de (k) la altura en función de la posición del pin que obtendría si no utiliza un fluido más ligero (es decir, una pistola de patatas de aire comprimido).

M) superposición en su parcela de (k) la altura en función de la posición de pin que obtendría si no utiliza aire comprimido (por ejemplo, una pistola de patatas de fluido ligero).

4C7 The USDA (in Kozempel et. al., Journat of Food Protection, Vol. 63, No. 4, 2000) Ha inventado un nuevo método de pasteurización de superficie llamado "fash" o "Vsv" pasteurización que utiliza ciclos de vacío de vacío para reducir las bacterias en la superficie de las carnes preparadas. Se ha diseñado un experimento A pequeña escala para probar este proceso. El propósito de este problema es proporcionar un análisis de ingeniería de este experimento. La cámara cilíndrica tiene un diámetro de D= 240 mm y una altura de H= 200 mm y está hecha de acero inoxidable. La cámara está equipada con dos válvulas de bola que la conectan a una línea de vacío y a una línea de vapor. Las válvulas de bola se accionan electrónicamente y tienen un tiempo de respuesta rápido cuando se activan. Un solo perrito caliente (D= 2,5 cm de diámetro y L=13 cm de longitud) se coloca en una pantalla situada en el centro de la cámara de ensayo. Al inicio del experimento, la cámara contiene vapor At =160 C y Pi a1 atm. El vapor se evacua durante un período de t,= 0,2 seg abriendo la válvula que conecta la cámara a la línea de vacío. El flujo de masa de la cámara (h) se puede representar por la ecuación:

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