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Trabajo 1201: 1ª ley de la Termodinámica aplicada a distintos
dispositivos.
Para realizar entre el 06/06/12 y el 13/06/12 .
A. Responda la siguiente guía, completando los espacios en blanco. Cuando se requiera
escribir una ecuación especifique el significado de cada letra usada en ella.
1/ La 1ª ley de la Termodinámica aplicada a un volumen de control, si el flujo es estacionario, se
expresa como:
2/ La 1ª ley de la Termodinámica para dispositivos de estrangulamiento se expresa como:
2.a Mencione dos ejemplos de este tipo de dispositivos.
3/ La 1ª ley aplicada a bombas, compresores y turbinas se expresa como:
3.a Para líquidos (en ellos se puede considerar que la densidad no varía), la ecuación se reduce a la
expresión:
4/ Los cambiadores de calor se utilizan para:
4.a La 1ª ley aplicada a un cambiador de calor queda:
4.b Represente en un esquema el intercambio de calor entre dos fluidos en movimiento, uno caliente
y el otro frío.
5/ El rendimiento térmico de una planta de generación de potencia con vapor se define como:
y su expresión matemática es:
6/ La finalidad de un sistema de refrigeración es:
Por eso no resulta útil calcular su rendimiento térmico, pero sí su coeficiente de operación (COP),
el cual se expresa de dos formas, dependiendo de la finalidad del aparato:
6.a Si el objetivo es extraer energía de un cuerpo, en cuyo caso el dispositivo se llama máquina
frigorífica, el COP se expresa como:
6.b Si la finalidad del dispositivo es comunicar energía en forma de calor a un cuerpo, este se
denomina bomba de calor y su COP se calcula así :
B. Resuelva.
B.1 Por una tubería de 50 cm de diámetro se transporta vapor de agua a una velocidad de 30 m/s, a
400 Kpa y 250 ºC. La tubería se divide en dos de diámetros iguales de 25 cm. Calcúlese el flujo
másico y la velocidad en cada una de las tuberías más pequeñas si la presión y la temperatura son
200 Kpa y 200 ºC respectivamente.
B.2 Por una válvula parcialmente abierta pasa agua a 9000 Kpa y 300 ºC. La presión que se mide
inmediatamente después de la válvula es de 600 Kpa. Calcúlese la energía interna específica del
agua que sale de la válvula. Despréciense las variaciones de energía cinética. (Nota: la entalpía de
un líquido ligeramente comprimido es prácticamente igual a la entalpía del líquido saturado a la
misma temperatura).
B.3 Una planta de potencia simple, como la que se muestra en la figura de la página siguiente,
funciona con 8 Kg/s de vapor de agua. Se desprecian las pérdidas en los conductos y en los
distintos componentes. Calcúlese: a) la potencia producida por la turbina, b) la potencia que
necesita la bomba, c) la velocidad en el conducto de salida de la bomba, d) el calor por unidad de
tiempo que hay que suministrar en la caldera, e) el calor por unidad de tiempo cedido en el
condensador, f) el flujo másico necesario de agua de refrigeración y g) el rendimiento térmico del
ciclo.