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Respuesta a la Actividad III Termodinámica I
► 1._ Un recipiente rígido de 0,6 m3 contiene inicialmente vapor saturado de R-134ª a 1000
kPa. Como resultado de la transferencia de calor la presión cae a 360 kPa. Determine I)
Temperatura final b) Cantidad de refrigerante que condenso y c)Calor transferido.
Respuestas:
I) a) 6 oC
II) a) 20 kg
III) a) 3700 kJ
b) 7 oC
b) 19 kg
b) 3600 kJ
c) 8 oC
c) 17 kg
c) 3900 kJ
d) Ninguna dada.
d) Ninguna dada.
d) Ninguna dada.
Solución:
Análisis: recipiente rígido por lo tanto el volumen es constante, esto implica que no hay
transferencia de trabajo.
Balance energético.
De acuerdo con la primera ley de la termodinámica para un sistema cerrado tenemos que:
∆U = Q – W, donde W = Ws – We, tanto para el trabajo de salida como el de entrada son
cero  W = 0, Q = Qe – Qs, Qe = 0  Q = - Qs, sustituyendo en la ecuación nos queda que:
∆U = - Qs, pero ∆U = m(u2 – u1) por lo tanto Qs = - m(u2 – u1= m(u1 – u2).
a) Temperatura final.
En el estado inicial tenemos que el fluido esta como Vapor Saturado a la presión de 1000
kPa a esta presión v1 = vG = 0,020313 m3/kg (A-12), como el proceso se lleva cabo a
volumen constante entonces tenemos que v2 = v1 = 0,020313 m3/kg como la presión en el
estado 2 es de 360 kPa a esta presión vF =0,0007841 m3/kg y vG = 0,056738 m3/kg (A-12) si
comparamos v2 con estos valores vemos que vF < v2 < vG por lo tanto el fluido se encuentra
en este estado como Mezcla Saturada, esto implica que la temperatura final será la
temperatura de saturación a la presión de 360 kPa que es Ts = 5,82 oC.
Cantidad de refrigerante que ha condensado (mF):
m
Sabemos que: x2  G  mG  x2 mT , calculamos la calidad de la mezcla en el estado 2 y la
mT
masa total de mezcla, v2  v F  x2 v FG  x2 
v 2  v F (0,020313  0,0007841)m 3 / kg

 0,349
v FG
(0,056738  0,0007841)m3 / kg
V
V
0,6m 3
 mT  
 29,538kg , entonces la
mT
v1 0,020313m 3 / kg
masa de vapor será: mG = (0,349)(29,538kg) = 10,3088 kg. La masa del condensado será:
mT  mF  mG  mF  mT  mG  29,538kg  10,3088kg  19,229kg
Calculo del calor transferido:
De acuerdo al balance energético Qs = m(u1 – u2), requerimos calcular u1 y u2.
Calculo de u1:
Como en el estado 1 tenemos vapor saturado a la presión de 1000 kPa de acuerdo con la
tabla A-12 u1 = uG = 250,68 kJ/kg
Calculo de u2:
A la presion de 360 kPa tenemos mezcla saturada por lo tanto a esta presión uF = 59,44
kJ/kg y uFG 0 173,94 kJ/kg, entonces u2 = uF + x2uFG = 59,44 + (0,349)(173,94) = 121,884
kJ/kg.
Qs = (29,538 kg)(250,68 – 121,884)kJ/kg = 3804,376 kJ
La masa de la mezcla será: v1 
Respuesta a la Actividad III Termodinámica I
► 2._ Un recipiente rígido de volumen 0,142 m3 contiene agua a la presión de 22,064 Mpa,
se le extrae calor hasta que la presión cae a 275 kPa. Determine la cantidad de calor
transferido
Respuesta:
I)
a) 66500 kJ
b) 65600 kJ
c) 70000 kJ
d) Ninguna dada.
Solución:
Análisis: recipiente rígido por lo tanto el volumen es constante, esto implica que no hay
transferencia de trabajo.
Balance energético:
De acuerdo con la primera ley de la termodinámica para un sistema cerrado tenemos que:
∆U = Q – W, donde W = Ws – We, tanto para el trabajo de salida como el de entrada son
cero  W = 0, Q = Qe – Qs, Qe = 0  Q = - Qs, sustituyendo en la ecuación nos queda que:
∆U = - Qs, pero ∆U = m(u2 – u1) por lo tanto Qs = - m(u2 – u1= m(u1 – u2).
A la presión de 22,064 MPa = 22064 kPa tenemos que e agua se encuentra en el punto
critico de acuerdo con la tabla A-5 por lo tanto v1 = vF = vG = 0,003106 m3/kg, por lo tanto la
energía interna u1 = uF = uG = 2015,7 kJ/kg.
Calculo de u2: tenemos un recipiente rigido por lo tanto v2 = v1 = 0,003106 m3/kg a la presión
de 275 kPa vF = 0,001070 m3/kg y vG = 0,65732 m3/kg, si comparamos estos valores con v2
tenemos que: vF < v2 < vG por lo tanto el fluido esta como Mezcla Saturada. Por lo tanto
debemos calcular la calidad en este estado:
v 2  v F (0,003106  0,001070)m 3 / kg

 0,0031
v FG
(0,65732  0,001070)m3 / kg
A 275 kPa uF = 548,57 kJ/kg y uFG = 1991,6 kJ/kg
u2 = uF + x2uFG = 548,57 kJ/kg + (0,0031)(1991,6 kJ/kg) = 554,74 kJ/kg
Calculo de la masa:
V
V
0,142m 3
v1 
 mT  
 45,72kg
mT
v1 0,003106m 3 / kg
El calor transferido sera:
Qs = (45,72 kg)(2015,7 – 554,74) kJ/kg = 66795,1 kJ.
v2  v F  x 2 v FG  x 2 