Termodinámica semana 3

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DESARROLLO

Responda argumentadamente las siguientes interrogantes:

1. En un día cálido de verano, un estudiante pone en marcha su ventilador cuando sale de su habitación por la mañana. Cuando regrese por la tarde, ¿el cuarto estará más caliente o más fresco que los cuartos vecinos? ¿Por qué? ¿Suponga que todas las puertas y ventanas se mantienen cerradas? (0,5 puntos).

En relación con la primera ley de la termodinámica, la energía interna de un sistema se logra incrementar, sea añadiendo calor o efectuando un trabajo sobre el sistema. O sea que, en la habitación donde se encuentra el ventilador, estará más caliente que los otros cuartos debido a que el ventilador genera trabajo y disipa calor, donde incrementará la temperatura del cuarto. Y también al mantener todas las puertas y ventanas cerradas se tiene un sistema cerrado ayudando a que el calor aumente.

1. Un difusor es un dispositivo adiabático que disminuye la energía cinética del fluido al desacelerarlo. ¿Qué sucede con esa energía cinética perdida? (0,5 puntos).

La energía cinética perdida tiene como resultado un aumento en la presión del fluido, representada en la siguiente ecuación;

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Donde la entalpía, varía en función de la presión, aumenta a mientras que la energía cinética del fluido disminuye.

1. ¿Cómo se comparan las energías de un fluido que fluye y un fluido en reposo? Describa las formas específicas de energía asociada en cada caso (0,5 puntos).

En ambos fluidos, reposo y el que fluye, poseen energía interna. La energía total de un fluido estacionario está formada por tres partes que son las Energía Cinética, Energía Potencial y Energía interna; mientras que esta misma energía total para un fluido en movimiento tiene un nuevo componente aparte de estos tres el cual es la energía de flujo.

1. Alguien propone el siguiente sistema para enfriar una casa durante el verano: comprimir el aire exterior normal, dejarlo enfriar a la temperatura del exterior, pasarlo por una turbina e introducirlo en la casa. Desde el punto de vista termodinámico, ¿es lógico el sistema que se propone? Argumente su respuesta (0,5 puntos).

Este método para enfriar la casa no tiene una lógica termodinámica, donde no se está usando los principios apropiados al usar una turbina con aire comprimido. Entonces para realizar un sistema que enfrié un ambiente es preciso emplear un condensador y un evaporador. Al pasar el aire por la turbina va a formar un trabajo mecánico por causa a la variación de la entalpia del aire, sin un cambio estimable en su temperatura, donde al ingresar el aire al interior de la casa va a quedar a una temperatura semejante a la temperatura exterior, y no entregaría una transmisión de calor al interior de la casa efectiva, según ley 0 y la primera ley de termodinámica.

1. Aire fluye de manera estacionaria a 300 K y 100 kPa en un secador de cabello, que tiene una entrada de trabajo eléctrico de 1500 W. Debido al tamaño de la toma de aire, la velocidad de entrada del aire es despreciable. La temperatura y la velocidad del aire a la salida del secador son 80°C y 21 m/s, respectivamente. El proceso de flujo es tanto a presión constante como adiabático. Suponga que el aire tiene calores específicos constantes evaluados a 300 K (ver figura).

1. Determine el flujo másico del aire al secador, en kg/s. (0,5 puntos).
2. Determine el flujo volumétrico del aire a la salida del secador, en m3/s (0,5 puntos).

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1. Tenemos que

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1. Tenemos

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Flujo de volumen es de [pic 11]

1. Una mezcla de líquido y vapor de agua saturados, llamada vapor húmedo, fluye en una línea de suministro de vapor de agua a 1500 kPa y se estrangula hasta 50 kPa y 100 °C. ¿Cuál es la calidad de vapor de agua en la línea de suministro? (1,5 puntos).

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Datos:

• Energía de entrada = Ee
• Energía de salida= Es
• Diferencial de Energía en el sistema = ΔE sistema
• P1 =presión 1.
• P2 = presión 2.
• m = flujo másico.
• h = entalpia
• t =temperatura.

Primera Ley de termodinámica (Conservación de energía).

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Las energías se conservan, donde:

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Las energías incumben al producto del flujo másico con la entalpia

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Para calcular la entalpia de vapor de salida h2 se usan los siguientes datos

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Interpolando, se asume que

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Para conseguir la calidad del vapor utilizaremos los siguientes antecedentes

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