Examenes de Termodinamica2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

TERCER EXAMEN DE TERMODINÁMICA APLICADA 2008 – ABRIL 08

Tiempo : 1 H 20 min Puntaje: 0- 20 Ptos

1.- Un motor de ciclo ideal de propulsión de chorro, consta de un compresor, la cámara de combustión una turbina y una tobera. El aire entra al compresor a 100 KPa y 15 ºC. La presión a la salida del compresor es 1 000 KPa y la temperatura máxima es 1 100 ºC. El aire se expande en la turbina hasta que su trabajo es igual que del compresor. A la salida de la turbina el aire se expande en la tobera hasta alcanzar los 100 KPa. El proceso es reversible y adiabático. Determine: a) la máxima potencia propulsiva en KW para un flujo de aire de 60 kg/s y velocidad del avión de 5 m/s (4 Ptos) b) hallar la cantidad de combustible que se consume en galones durante una hora de prueba si usa Diesel con PC de 44MJ/kg. (3 Ptos) (Nota: Puede usar cualquier método, por ejemplo aire estandar frío).

2.- Un ciclo ideal de vapor cuya potencia es 1000 MW, tiene como datos: El vapor entra a la turbina a 40 bar 400ºC, se expande hasta 4 bar donde hay una extracción hacia un calentador de mezcla (desaereador), el resto se expande en la turbina y sale del condensador como LS a 10 KPa. Se usa un único calentador de agua regenerativo con vapor a 4 bar, se pide: a) El flujo de vapor que produce la caldera en Kg/h (3 Ptos), b) Si la planta usa carbón mineral, cuyo PC es 25 MJ/kg, hallar la cantidad de carbón en kg que consume en una hora de funcionamiento. (2 Ptos) C) Hallar el costo de la energía eléctrica que sale de la planta en U$/ KWh , si el kg de carbón cuesta 0,1 U$. (2 Ptos)

3.- Considere un sistema de refrigeración simple Joule Brayton invertido (Compresión de gas) de aire estandar. El aire entra al compresor a 100 KPa y -20 ºC y sale a 500 KPa. El aire entra a la turbina a 15 ºC. . Hallar el flujo de aire en kg/s para un efecto refrigerante de 1 KW. (6 Ptos) ó

3’.- Diseñe un sistema de refrigeración ideal, seleccione el fluido de trabajo, las presiones, etc. Si se quiere mantener la cámara de frío a -5ºC y el ambiente está a 26ºC. para 1 Ton (Considere ΔT=10ºC en intercambiadores de calor). Determine a) El flujo de refrigerante (2 Ptos) b) La potencia eléctrica que consume la planta si eficiencia global es 80% (4 Ptos)

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

TERCER EXAMEN DE TERMODINÁMICA II (VERANO 2008) 2008-02-18

Tiempo: 1H 30 min (0-16 Ptos) + Trabajo 03 + PD 0-1

1.- Un ciclo de vapor usa un calentador de mezcla (desaereador). El vapor ingresa a la turbina a 10 MPa 500ºC, hay una extracción a 1 MPa y sale a 8 KPa, la eficiencia de la turbina es de 85%, y la eficiencia adibática de la bomba es de 100 %. La potencia neta del ciclo es 150 MW. La eficiencia del caldero es 70% y usa combustible con PC = 43MJ/kg. Hallar : a) El flujo de vapor que genera la caldera en kg/s (1 Pto), b) la eficiencia térmica del ciclo (1 Pto) c) el costo de funcionamiento de la planta por día (24 hr) si el combustible cuesta 3 U$/galón. (2 Ptos) d) El costo de la energía eléctrica en U$/KW.h, (2 Ptos)

2.- Una central eléctrica de vapor opera sobre un ciclo rankine ideal simple entre los límites de presión de 10 KPa y 10 MPa., con una temperatura de entrada a la turbina de 550ºC. La taza de transferencia de calor en la caldera es de 800 KJ/s. Ignorando el trabajo de la bomba, la salida de potencia de esta central es: (4 Ptos)

3.- Un sistema de refrigeración de dos etapas con refrigeración regenerativa intermedia funciona con refrigerante 134a y tiene unas presiones de 1,8, 3,2 y 12,0 bar en el evaporador, en las cámaras de evaporación instantánea y de mezcla y en el condensador respectivamente. Supóngase que los procesos son ideales. Si la carga de refrigeración es de 15 ton, determínese, (a) el flujo másico que pasa por el evaporador, en kg/min, (1 Pto) (b) la potencia eléctrica necesaria que requiere el compresor en kilovatios eléctricos, (2 Pto), (c) El tiempo necesario para congelar 10 litros de agua que inicialmente está a 20ºC y al final debe llegar a -15ºC , (2 Pto) y (e) el COP del ciclo. (1 Pto)



TERCER EXAMEN DE TERMODINÁMICA II (VERANO 2008) 2008-02-18

Tiempo: 1H 30 min (0-16 Ptos) + Trabajo 03 + PD 0-1

1.- Un ciclo de vapor usa un calentador de mezcla (desaereador). El vapor ingresa a la turbina a 10 MPa 500ºC, hay una extracción a 1 MPa y sale a 8 KPa, la eficiencia de la turbina es de 85%, y la eficiencia adibática de la bomba es de 100 %. La potencia neta del ciclo es 150 MW. La eficiencia del caldero es 70% y usa combustible con PC = 43MJ/kg. Hallar : a) El flujo de vapor que genera la caldera en kg/s (1 Pto), b) la eficiencia térmica del ciclo (1 Pto) c) el costo de funcionamiento de la planta por día (24 hr) si el combustible cuesta 3 U$/galón. (2 Ptos) d) El costo de la energía eléctrica en U$/KW.h, (2 Ptos)

2.- Una central eléctrica de vapor opera sobre un ciclo rankine ideal simple entre los límites de presión de 10 KPa y 10 MPa., con una temperatura de entrada a la turbina de 550ºC. La taza de transferencia de calor en la caldera es de 800 KJ/s. Ignorando el trabajo de la bomba, la salida de potencia de esta central es: (4 Ptos)

3.- Un sistema de refrigeración de dos etapas con refrigeración regenerativa intermedia funciona con refrigerante 134a y tiene unas presiones de 1,8, 3,2 y 12,0 bar en el evaporador, en las cámaras de evaporación instantánea y de mezcla y en el condensador respectivamente. Supóngase que los procesos son ideales. Si la carga de refrigeración es de 15 ton, determínese, (a) el flujo másico que pasa por el evaporador, en kg/min, (1 Pto) (b) la potencia eléctrica necesaria que requiere el compresor en kilovatios eléctricos, (2 Pto), (c) El tiempo necesario para congelar 10 litros de agua que inicialmente está a 20ºC y al final debe llegar a -15ºC , (2 Pto) y (e) el COP del ciclo. (1 Pto)



EXAMEN DE SUBSANACIÓN DE TERMODINÁMICA II (VERANO 2008) 2008-02- 28


“La tierra es suficiente para todos, pero no para la voracidad de los consumidores”

TEORÍA: Responda En forma breve pero explícita ( c/u 1 Pto)

1.- ¿Qué es un ciclo combinado?, ejemplo. Cuál es la diferencia con una cogeneración?.

2.- A qué se llama refrigeración no provechosa y porqué hace menos eficiente al ciclo de refrigeración?

3.- Describa brevemente los principales dispositivos de control de flujo de refrigeración.

4.- ¿Por qué el ciclo Cheng es más eficiente que el ciclo J Brayton ?

5.- Para un ciclo de refrigeración ¿Cuáles son las ventajas (efectos) del subenfriamiento luego del condensador?

PROBLEMAS

6.- Un motor petrolero de 2 tiempos y 3 litros de cilindrada, de un cilindro tiene un volumen muerto de 0,17 litros. El motor funciona a 1 000 RPM, en un lugar donde la presión atmosférica es de 95 KPa, T= 22ºC. Modelizando termodinámicamente como ciclo Diesel de aire estándar y considerando una relación de combustión de 2,5, eficiencia mecánica de 80%, se pide: (c/u 2 Ptos)

a) El diagrama del ciclo ideal indicando los límites máximos para el aumento de potencia

b) La potencia teórica en el eje del cigüeñal, en KW

c) Si la relación AC es 20, determine la cantidad de combustible que consume el motor en 1 h, en kg/h

d) Cuáles son las principales consideraciones que deben tomarse en cuenta para evaluar el motor real?.

7.- El fluido de trabajo en una planta de energía solar con un ciclo Rankine ideal es R134a. En la turbina entra vapor a 70ºC, 16 bar y el condensador opera a una presión de 6 bar. La energía de la radiación solar recibida en los colectores es de 0,6 KW/m2 de superficie de colector. Determine la mínima superficie posible de colector en m2 por KW de energía producida en la planta y haga un esquema de la planta (7 Ptos)



EXAMEN DE SUBSANACIÓN DE TERMODINÁMICA II 2007-12- 28


“La tierra es suficiente para todos, pero no para la voracidad de los consumidores”

TEORÍA: Responda En forma breve pero explícita ( c/u 1 Pto)


2.- A qué se llama refrigeración no provechosa y porqué hace menos eficiente al ciclo de refrigeración?


4.- ¿Por qué el ciclo Cheng es más eficiente que el ciclo J Brayton ?

5.- Para un ciclo de refrigeración ¿Cuáles son las ventajas (efectos) del subenfriamiento luego del condensador?

PROBLEMAS

6.- Un motor petrolero de 2 tiempos y 3 litros de cilindrada, de un cilindro tiene un volumen muerto de 0,17 litros. El motor funciona a 1 000 RPM, en un lugar donde la presión atmosférica es de 95 KPa, T= 22ºC. Modelizando termodinámicamente como ciclo Diesel de aire estándar y considerando una relación de combustión de 2,5, eficiencia mecánica de 80%, se pide: (c/u 1 Pto, excepto b)

a) El diagrama del ciclo ideal indicando los límites máximos para el aumento de potencia

b) La potencia teórica en el eje del cigüeñal, en KW (2 Ptos)

c) Si la relación AC es 20, determine la cantidad de combustible que consume el motor en 1 h, en kg/h

d) Cuáles son las principales consideraciones que deben tomarse en cuenta para evaluar el motor real?.


8.- Diseñe un sistema de refrigeración ideal para 3 Ton de refrigeración, seleccione el fluido de trabajo, las presiones, etc. Si se quiere mantener la cámara de frío a -5ºC y el ambiente está a 26ºC. (Considere ΔT=10ºC en intercambiadores de calor). Determine a) El flujo de refrigerante (1 Pto) b) La potencia eléctrica que consume la planta si eficiencia global es 80% (2 Ptos) c) Si se coloca 5 kilogramos de pescado (agua) dentro de la cámara de frío, en cuánto tiempo se espera que llegue de 20ºC a -5ºC?. ( 2 Ptos)

¿Ya escribiste tu plan para el 2008?, Deseo que el 2008 sea lleno de éxitos, por el cumplimiento de tus planes.

Ing. C. Fernández B.

AP/AM, Nombre: …………………………………………………………………………………………



TERCER EXAMEN DE TERMODINÁMICA II 2007-12-14

Tiempo: 1 H 20 min Puntaje: 0- 10 Ptos

Nota: No hay consultas, no podrán prestarse tablas, lapiceros, corrector y tener celular apagado.

1.- En parte posterior de la hoja, comente sobre el R12 y R134a y los problemas con el ambiente. (1 Pto)

2.- Diseñe un sistema de refrigeración ideal para LAS SIGUIENTES NECESIDADES: 5 Ton de refrigeración, en una cámara de baja temperatura a -

40ºC y 3 Ton de refrigeración en otra cámara a -10º. Seleccione el ciclo de trabajo considerando una sola planta con dos evaporadores, seleccione el fluido de trabajo (preferencia R22, Amoniaco ó R134a), las presiones, etc. El ambiente está a 30ºC. (Considere ΔT=10ºC en intercambiadores de calor). Se recomienda que la relación de presiones en el compresor no exceda de 5:1. Determine a) La potencia eléctrica que consume la planta si eficiencia global es 80% (2 Ptos) b) Si se coloca 10 litros de agua dentro de la cámara de frío, en cuánto tiempo se espera que llegue de 25ºC a -15ºC?. ( 3 Ptos)

3.- A una torre de refrigeración FEES, entra agua a 35ºC con un flujo másico de 105 kg/h. El agua enfriada sale a 25ºC con el mismo flujo másico. Se suministra agua de reposición a 20ºC. El aire atmosférico entra a la torre a 30ºC, 1 bar y 35% de humedad relativa, saliendo una corriente de aire húmedo saturado a 34ºC y 1 bar. Determine: Los flujos másicos de aire seco y agua de reposición, ambos en kg/h (4 Ptos)

AP/AM, Nombre: …………………………………………………………………………………………




Tiempo: 1 H 20 min Puntaje: 0- 10 Ptos

Nota: No hay consultas, no podrán prestarse tablas, lapiceros, corrector y tener celular apagado.

1.- En parte posterior de la hoja, comente sobre formas de separación de gases, haga esquemas de planta y termodinámicos. (1 Pto)

2.- Diseñe un sistema de refrigeración ideal para LAS SIGUIENTES NECESIDADES: 4 Ton de refrigeración, en una cámara de baja temperatura a -40ºC y 3 Ton de refrigeración en otra cámara a -10º. Seleccione el ciclo de trabajo considerando una sola planta con dos evaporadores, seleccione el fluido de trabajo (preferencia R22, Amoniaco ó R134a), las presiones, etc. El ambiente está a 30ºC. (Considere ΔT=10ºC en intercambiadores de calor). Se recomienda que la relación de presiones en el compresor no exceda de 5:1. Determine a) La potencia eléctrica que consume la planta si eficiencia global es 80% (2 Ptos) b) Si se coloca 10 litros de agua dentro de la cámara de frío, en cuánto tiempo se espera que llegue de 25ºC a -15ºC?. ( 3 Ptos)

3.- A una torre de refrigeración FEES, entra agua a 40ºC con un flujo másico de 105 kg/h. El agua enfriada sale a 25ºC con el mismo flujo másico. Se suministra agua de reposición a 23ºC. El aire atmosférico entra a la torre a 30ºC, 1 bar y 35% de humedad relativa, saliendo una corriente de aire húmedo saturado a 34ºC y 1 bar. Determine: Los flujos másicos de aire seco y agua de reposición, ambos en kg/h (4 Ptos)



TERCERA PRÁCTICA DE TERMODINÁMICA II 2007-12-10


“La autoestima procede de uno mismo, no de las adquisiciones y la aceptación. Adopta la decisión personal de enamorarte de la persona más hermosa , incitante y digna… ¡ TÜ !” Wayne W. Dyer

1.- Un sistema de refrigeración por compresión de gas, utiliza aire como fluido de trabajo, tiene una razón de presión de 5. El aire entra al compresor a 0ºC . El aire de presión alta se enfría a 35 ºC liberando calor hacia los alrededores. El refrigerante sale de la turbina a -80ºC y después absorbe calor del espacio refrigerado antes de entrar en el regenerador. El flujo másico de aire es 0,4 kg/s. Suponiendo eficiencias isoentrópicas de 80% para el compresor y de 85% para la turbina y aplicando calores específicos constantes a la temperatura ambiente, determine a) Hacer un diagrama T-s (0,5 Pto) b) la efectividad del regenarador (1 Pto) c) La tasa de eliminación de calor del espacio refrigerado (1 Pto) d) el COP del ciclo. (0,5 Pto) Total 3 Ptos

2.- Un sistema de acondicionamiento del aire opera en una presión total de 95 KPa para el aire. Se compone de una sección de calentamiento y un humidificador que suministra vapor húmedo (vapor de agua saturado) a 100ºC. El aire entra a la sección de calentamiento a 10 ºC, 70% de humedad relativa y a una tasa de 35 m3/min, y sale de la sección de humidificación a 20ºC y 60% de humedad relativa. Determine: a) La temperatura y humedad relativa del aire cuando abandona la sección de calentamiento (0,5 Pto); b) la tasa de transferencia de calor en la sección de calentamiento, (1 Pto) y c) la tasa a la cual el agua se añade al aire en la sección de humidificación. (0,5 Pto) Total 2 Ptos

3.- Haga un esquema de un sistema de refrigeración por ADSORCIÖN, y describa su funcionamiento (1 Pto)







2.- Un sistema de acondicionamiento del aire opera en una presión total de 95 KPa para el aire. Se compone de una sección de calentamiento y un humidificador que suministra vapor húmedo (vapor de agua saturado) a 100ºC. El aire entra a la sección de calentamiento a 10 ºC, 70% de humedad relativa y a una tasa de 35 m3/min, y sale de la sección de humidificación a 20ºC y 60% de humedad relativa. Determine: a) La temperatura y humedad relativa del aire cuando abandona la sección de calentamiento (0,5 Pto); b) la tasa de transferencia de calor en la sección de calentamiento, (1 Pto) y c) la tasa a la cual el agua se añade al aire en la sección de humidificación. (0,5 Pto) Total 2 Ptos

3.- Haga un esquema de un sistema de refrigeración por ADSORCIÖN, y describa su funcionamiento (1 Pto)




Tiempo : 1 H 20 min Puntaje: 0- 10 Ptos + 0-5 PC +0-3 Sust. Trab. + 0-1 PD+0-1 Lab


1.- Un sistema de refrigeración por compresión de vapor, de dos etapas, opera con R134a entre los límites de presión de 1 y 0,14 MPa. El refrigerante sale del condensador como LS y es estrangulado en dirección de una cámara de evaporación instantánea que opera a 0,5 MPa. El refrigerante sale del compresor de baja a presión a 0,5 MPa y se envía a una cámara de mezcla. Después la mezcla se comprime hasta la presión del condensador mediante un compresor de alta presión, y el líquido de la cámara de evaporación instantanea, se estrangula hasta la presión del evaporador. Suponiendo que el refrigerante sale del evaporador como vapor saturado y que ambos compresores son isoentrópicos, determine: a) La fracción del refrigerante que se evapora cuando se estrangula en dirección a la cámara de evaporación instantánea, b) La cantidad de calor extraído del espacio refrigerado para un flujo másico de 0,25kg/s a través del condensador y c) El coeficiente de desempeño. (c/u 1 Pto, total 3 Ptos)


3.- Un sistema de acondicionamiento del aire opera en una presión total de 95 KPa para el aire. Se compone de una sección de calentamiento y un humidificador que suministra vapor húmedo (vapor de agua saturado) a 100ºC. El aire entra a la sección de calentamiento a 10 ºC, 70% de humedad relativa y a una tasa de 35 m3/min, y sale de la sección de humidificación a 20ºC y 60% de humedad relativa. Determine: a) La temperatura y humedad relativa del aire cuando abandona la sección de calentamiento (1 Pto); b) la tasa de transferencia de calor en la sección de calentamiento, (2 Ptos) y c) la tasa a la

cual el agua se añade al aire en la sección de humidificación. (1 Pto) Total 4 Ptos

Tomar nota del cronograma: (Todo en hora del curso)

Martes 12 (Rezagados de sustentac, trabajos)

Lun 18 Dic. Primera parte de Subsa (Temas: Ciclos con gas y vapor (2da nota)) 0-10 Ptos

Vie 22 Dic. Segunda parte de Suba (Temas: Ciclos de refrigeración y AA (3ra nota)) 0-10 Ptos



Tiempo : 1 h Puntaje: 0- 5 Ptos

1.- Un sistema de refrigeración por compresión de gas, utiliza aire como fluido de trabajo, tiene una razón de presión de 4. El aire entra al compresor a -7ºC . El aire de presión alta se enfría a 27 ºC y rechaza calor hacia los alrededores. Se enfría aún más, hasta -15ºC, por medio del enfriamiento regenerativo antes de entrar a la turbina. Suponga que la turbina al igual que el compresor van a ser isoentrópicos y que utilizan calores específicos constantes a temperatura ambiente. Determine: a) la temperatura más baja que puede obtenerse mediante este cíclo, (1 Pto) b) El coeficiente de desempeño (Operación) del cíclo, (1 Pto) c) El flujo másico de aire para una capacidad de refrigeración de 12 KW. (0,5 Pto)

2.- Una torre de enfriamiento húmedo va a reducir la temperatura de 60 kg/s de agua de los 40 hasta 26ºC. En la torre entra aire atmosférico a 1 atm con temperatura de bulbo seco y húmedo de 22 y 16ºC respectivamente, y sale a 34 ºC con humedad relativa de 90%. Con la carta psicrométrica determine: a) El flujo volumétrico del aire hacia la torre de enfriamiento (1.5 Ptos) y b) el flujo de agua de reemplazo requerida. (1 Pto)

Tomar nota del cronograma:

Mie 06 dic. Sustentación de trabajos (A202, ó D 206, ó CEDIM) de 12 a 18 hrs Ptos ( 3 Ptos, sustentado)

Jue 07 dic. Laboratorios MCI, T Vapor, Refrigeración Pabellón R (Laboratorio) Ptos (1 Pto con colaboración)

Lun 11 dic Tercer examen (en horario curso) 0-10 Ptos+ 0-5 PC+0-3 Sustent trab+0-1 PD+0-1 Laborat.

Martes 12 (Rezagados de sustentac, trabajos) Lun 18 Dic. Subsa (Temas: Ciclos con gas y vapor (2da nota))

“Tus metas(sueños) se hacen realidad con planificación, cumplimiento de programas trazados mucho esfuerzo y sobre todo perseverancia”. ¡Tú puedes!



Tiempo : 1 h Puntaje: 0- 5 Ptos

1.- Un sistema de refrigeración por compresión de gas, utiliza aire como fluido de trabajo, tiene una razón de presión de 4. El aire entra al compresor a -7ºC . El aire de presión alta se enfría a 27 ºC y rechaza calor hacia los alrededores. Se enfría aún más, hasta -15ºC, por medio del enfriamiento regenerativo antes de entrar a la turbina. Suponga que la turbina al igual que el compresor van a ser isoentrópicos y que utilizan calores específicos constantes a temperatura ambiente. Determine: a) la temperatura más baja que puede obtenerse mediante este cíclo, (1 Pto) b) El coeficiente de desempeño (Operación) del cíclo, (1 Pto) c) El flujo másico de aire para una capacidad de refrigeración de 12 KW. (0,5 Pto)

2.- Una torre de enfriamiento húmedo va a reducir la temperatura de 60 kg/s de agua de los 40 hasta 26ºC. En la torre entra aire atmosférico a 1 atm con temperatura de bulbo seco y húmedo de 22 y 16ºC respectivamente, y sale a 34 ºC con humedad relativa de 90%. Con la carta psicrométrica determine: a) El flujo volumétrico del aire hacia la torre de enfriamiento (1.5 Ptos) y b) el flujo de agua de reemplazo requerida. (1 Pto)

Tomar nota del cronograma:

Mie 06 dic. Sustentación de trabajos (A202, ó D 206, ó CEDIM) de 12 a 18 hrs Ptos ( 3 Ptos, sustentado)

Jue 07 dic. Laboratorios MCI, T Vapor, Refrigeración Pabellón R (Laboratorio) Ptos (1 Pto con colaboración)

Lun 11 dic Tercer examen (en horario curso) 0-10 Ptos+ 0-5 PC+0-3 Sustent trab+0-1 PD+0-1 Laborat.

Martes 12 (Rezagados de sustentac, trabajos) Lun 18 Dic. Subsa (Temas: Ciclos con gas y vapor (2da nota))

“Tus metas (sueños) se hacen realidad con planificación, cumplimiento de programas trazados, mucho esfuerzo y sobre todo perseverancia”. ¡Tú puedes!



TERCER EXAMEN DE TERMODINÁMICA II 2005-12- 07 Tema A

Tiempo : 1 H 20 min Puntaje: 0- 16 Ptos + 02 PD y asistencia + 3 trabajos.

TEORÍA: Responda En forma breve pero explícita ( c/u 2 Ptos)


2.- A qué se llama refrigeración no provechosa y porqué hace menos eficiente al ciclo de refrigeración



5.- Diseñe un sistema de refrigeración ideal, seleccione el fluido de trabajo, las presiones, etc. Si se quiere mantener la cámara de frío a -5ºC y el ambiente está a 26ºC. (Considere ΔT=10ºC en intercambiadores de calor). Determine a) El flujo de refrigerante (1 Pto) b) La potencia eléctrica que consume la planta si eficiencia global es 80% (2 Ptos) c) Si se coloca 5 litros de agua dentro de la cámara de frío, en cuánto tiempo se espera que llegue de 20ºC a -5ºC?. ( 2 Ptos)



TERCER EXAMEN DE TERMODINÁMICA II 2005-12- 07 Tema B

Tiempo : 1 H 20 min Puntaje: 0- 16 Ptos + 02 PD y asistencia + 3 trabajos.

TEORÍA: Responda En forma breve pero explícita (c/u 2 Ptos)

1.- ¿Porqué el ciclo Cheng es más eficiente que el ciclo J Brayton?, explique.

2.- Cuáles son las ventajas (efectos) del subenfriamiento luego del condensador en un sistema de refrigeración?.

3.- Cuál es el principio de funcionamiento del sistema de refrigeración termoeléctrica?

1.- El fluido de trabajo en una planta de energía solar con un ciclo Rankine ideal es R134a. En la turbina entra vapor a 70ºC, 16 bar y el condensador opera a una presión de 6 bar. La energía de la radiación solar recibida en los colectores es de 0,6 KW/m2 de superficie de colector. Determine la mínima superficie posible de colector en m2 por KW de energía producida en la planta y haga un esquema de la planta. (5 Ptos)

3.- Diseñe un sistema de refrigeración ideal, seleccione el fluido de trabajo, las presiones, etc. Si se quiere mantener la cámara de frío a -5ºC y el ambiente está a 26ºC. (Considere ΔT=10ºC en intercambiadores de calor). Determine a) El flujo de refrigerante (1 Pto) b) La potencia eléctrica que consume la planta (2 Ptos) c) Si se coloca 5 litros de agua dentro de la cámara de frío, en cuánto tiempo se espera que llegue de 20ºC a -5ºC?. (2 Ptos)

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARÍA

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA


Tiempo : 1 h 15 min Puntaje: 0- 14 Ptos NOTA: Asuma con criterio si faltan datos

1.- Un sistema de refrigeración de dos etapas con refrigeración regenerativa intermedia funciona con refrigerante 134a y tiene unas presiones de 1,8, 3,2 y 12,0 bar en el evaporador, en las cámaras de evaporación instantánea y de mezcla y en el condensador respectivamente. Supóngase que los procesos son ideales. Si la carga de refrigeración es de 15 ton, determínese, (a) el flujo másico que pasa por el evaporador, en kg/min, (b) la potencia eléctrica necesaria que requiere el compresor en kilovatios eléctricos, (c) El tiempo necesario para congelar 10 litros de agua que inicialmente está a 20ºC y al final debe llegar a -15ºC , y (e) el COP del ciclo.

2.- A una torre de refrigeración entra agua a 33ºC y sale a 22ºC. La torre recibe 10 000 m3/min de aire atmosférico a 1 bar, 20ºC y 40% de humedad relativa. Las condiciones de salida del aire son 32ºC y 90% de humedad. Determine:

a) El flujo másico de aire que atraviesa la torre en kg/min

b) El flujo másico de agua que entra en kg/min

c) El flujo másico de agua evaporada en kg/min

3.- Determine el área de transferencia de calor necesaria en el IC de tipo coraza y tubo, con dos pasos de tubo por donde circula el agua; con tubo de cobre de 1” de diámetro exterior y calibre 18 BWG. Se desea enfriar 1 000 kg/h de aceite (Cp= 2 KJ/kg.K) de 80 a 60ºC. Para lograr el enfriamiento se dispone de 1 000 kg/h de agua (Cp= 4,18KJ/kg.K) a 25 ºC. Asuma que el coeficiente global de transferencia de calor basado en el área exterior de los tubos es 500 w/m2.K

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARÍA

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA


Tiempo : 1 h 15 min Puntaje: 0- 14 Ptos NOTA: Asuma con criterio si faltan datos

1.- Un sistema de refrigeración de dos etapas con refrigeración regenerativa intermedia funciona con refrigerante 134a y tiene unas presiones de 1,8, 3,2 y 12,0 bar en el evaporador, en las cámaras de evaporación instantánea y de mezcla y en el condensador respectivamente. Supóngase que los procesos son ideales. Si la carga de refrigeración es de 15 ton, determínese, (a) el flujo másico que pasa por el evaporador, en kg/min, (b) la potencia eléctrica necesaria que requiere el compresor en kilovatios eléctricos, (c) El tiempo necesario para congelar 10 litros de agua que inicialmente está a 20ºC y al final debe llegar a -15ºC , y (e) el COP del ciclo.

2.- A una torre de refrigeración entra agua a 33ºC y sale a 22ºC. La torre recibe 10 000 m3/min de aire atmosférico a 1 bar, 20ºC y 40% de humedad relativa. Las condiciones de salida del aire son 32ºC y 90% de humedad. Determine:

a) El flujo másico de aire que atraviesa la torre en kg/min

b) El flujo másico de agua que entra en kg/min

c) El flujo másico de agua evaporada en kg/min

3.- Determine el área de transferencia de calor necesaria en el IC de tipo coraza y tubo, con dos pasos de tubo por donde circula el agua; con tubo de cobre de 1” de diámetro exterior y calibre 18 BWG. Se desea enfriar 1 000 kg/h de aceite (Cp= 2 KJ/kg.K) de 80 a 60ºC. Para lograr el enfriamiento se dispone de 1 000 kg/h de agua (Cp= 4,18KJ/kg.K) a 25 ºC. Asuma que el coeficiente global de transferencia de calor basado en el área exterior de los tubos es 500 w/m2.K

Examenes de Termodinamica2

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