Un flujo de agua caliente a 80 °C entra a una cámara mezcladora a una razón de 0.5 kg/s, y se mezcla con un flujo de agua fría a 20 °C. Se desea que la mezcla salga de la cámara a 42 °C. Calcule el flujo másico de agua fría. Suponga que todos los flujos están a la presión de 250 kPa.
Respuestas
RESOLUCIÓN.
El principio que se debe implementar para resolver este problema es la primera ley de la termodinámica para sistemas con flujo estacionario, además de una consideración del problema la cual es que no existe pérdida de masa en el sistema por lo que se tomara en cuenta también la conservación de masa.
Primera ley de la termodinámica:
Q – W + fme*he – fms*hs = 0
Dónde:
Q es el calor transferido entre el sistema y los alrededores.
W es la interacción de trabajo entre el sistema y los alrededores.
Fme es el flujo másico a la entrada.
He es la entalpía en la entrada.
Fms es el flujo másico en la salida.
Hs es la entalpía en la salida.
Conservación de masa:
Fme =Fms
Según los datos proporcionados por el problema no existen interacciones de calor y trabajo entre el sistema y los alrededores, por lo tanto ambos son cero.
Q = 0
W = 0
Como en el sistema existen 2 entradas se deben considerar los aportes de energía de ambos por lo tanto la primera ley quedaría:
Fme1*he1 + Fme2*he2 = Fms*Hs
Se consiguen las entalpías para las condiciones dadas en el problema.
He1 = 334,91 Kj/Kg (T = 80ºC y P = 250 KPa)
He2 = 83,96 Kj/Kg (T = 20ºC y P = 250 KPa)
Hs = 175,92 Kj/Kg (T = 42ºC y P = 250 KPa)
Fme1 = 0,5 Kg/s
Aplicando la conservación de masa se tiene que:
Fme1 + Fme2 = Fms
0,5 + Fme2 = Fms
Sustituyendo los datos obtenidos y la conservación de la energía en la primera ley se tiene que:
334,91*0,5 + 83,96*Fme2 = 175,92*(0,5 + Fme2)
79,495 + 83,96*Fme2 = 175,92*Fme2
79,495 = 91,96*Fme2
Fme2 = 0,86 Kg/s
Por lo tanto el flujo másico de agua fría que entra al sistema es de 0,86 Kg/s
El flujo másico de agua fría que entra a la cámara mezcladora es de Me' = 0.86 kg/s
¿Cuál es la ecuación de la primera ley de la termodinámica?
La ecuación de la primera ley de la termodinámica relaciona de forma directa la energía sobre un proceso, siendo esta el calor y la energía interna, la expresión es:
Q - W = ΔU
Donde:
- W : Trabajo
- Q : Calor
- U : Energía interna
La ecuación la expresamos en función de la energía que interacciona:
Q - W = Mshs - (Mehe + Me'he')
La entalpía la encontramos en tabla termodinámica:
- hs: 175,92 Kj/Kg
- he': 334,91 Kj/Kg
- he : 83,96 Kj/Kg
- Me = 0.5kg/s
- Me' = ? Ms = ?
Ley de conservación de masas
Me + Me' =Ms
Ms = 0.5 + Me'
0 = (0.5 + Me')(175,92 Kj/Kg) - 0.5*83,96 Kj/Kg - Me'(334,91 Kj/Kg)
Me' = 0.86 kg/s
Aprende sobre termodinámica en:
brainly.lat/tarea/4758831
#SPJ3