Cantidad de calor y capacidad calorífica

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Cantidad de calor y capacidad calorífica

¿Qué cantidad de calor se requiere para cambiar la

temperatura de 200g de plomo, de 20 a 100 °C?

Datos: Ecuación:

Q=mC∆T

m= 200g

C=0.031 calg.°c

∆

_{T = 80°c}

Solución:

Q=200g0.031 calg.°c(80°c)

Q=496 cal

Un horno aplica 400 KJ de calor a 4 kg de una sustancia

causando que su temperatura se eleve en 80 °C ¿cuál es el

calor especifico?

Datos: ecuación:

Q=mC∆T

m=4kg CONVERSION: 1kJ ---1000J

∆

_{T = 80°c 400kJ--- ---X}

Q=400 kJ Q=400000J

C=

Solución:

400000J=4kgc80°c

C=400000J320kg.°C C=1250Jkg.°C

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Un automóvil de 900 kg que viaja con una velocidad inicial de

20 m/s se detiene. El trabajo requerido para que se detenga el

carro es igual a su cambio en la energía cinética. Si todo este

trabajo se convierte en calor, ¿qué cantidad equivalente se

pierde en kilocalorías?

Datos: ecuación:

m=900kg Ec=12mv2

Vo=20m/s

Solución:

Ec=12900kg(20m/s)2 CONVERSION: 1cal=4.189J

Ec=180000kgm2/s2 4.186J--- 1cal

Ec=180000J 180000J---- Ec

Ec= 43000.4777 cal

1000 cal--- 1kcal

Calor perdido = Ec 43000.4777 cal--- Ec

Ec=43.0004 kcal

Datos. El metal de la tetera es equivalente a 200 cm³ de agua, y la etiqueta sobre la

tetera dice que su calentador está clasificado a 1250 W.

(L-8.2) ¿Cuánto tiempo durará el silbido de la tetera del ejemplo L-8.1?

(S – 2.24) El tanque mezclador, que se muestra a continuación, contiene inicialmente 100 libras de agua a 25C. Repentinamente, se abre las dos válvulas de entrada y la de salida, de tal modo que entran al tanque

dos corrientes de agua, cada una de ellas con un índice de flujo de 10 lb/min y sale una corriente simple con un índice de flujo de 20 lb/min. La temperatura de una de las corrientes de entrada es de 80 C y la de

la otra de 50C. El contenido del tanque está bien mezclado, de modo que la temperatura de la corriente

de salida es siempre la misma que la temperatura del agua en el tanque.

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b) Desarrolle una expresión para la temperatura del fluido en el tanque, en cualquier momento dado.

X X

(L-13.4) Planeamos construir un baño y una bañera caliente para los empleados de nuestra planta química. Tenemos agua fría, pero el agua caliente es el problema. ¿Qué tal mezclar vapor de desecho sobrecalentado, a 150 °C y 1 bar con agua fría a 5 °C para tener agua caliente agradable a 50 °C? ¿Cuánta agua fría necesitaremos para mezclar con cada kg de vapor para obtener el agua caliente deseada?

(S – 2.9) a) Una turbina adiabática dilata (expande) vapor de agua a 900F y 500psia a 340F y 50psia. Si

la turbina genera 1000hp, ¿cuál es el índice de flujo del vapor por la turbina?

b) Si por una rotura del aislamiento térmico que envuelve a la turbina escapa calor a 25 BTU por libra de vapor, y el vapor que sale está a 300F y 50psia, ¿cuál será el caballaje de fuerza

desarrollado por la turbina, si las condiciones de entrada de vapor y el índice de flujo no cambian?

(SVN-7.11) Un tanque perfectamente aislado, con volumen igual a 70 m³, contiene 23,000 kg de agua a 25°C, distribuida entre las fases líquida y vapor. Se admite vapor saturado a 1100 kPa dentro del tanque hasta que la presión alcanza 700 kPa (considerar que sigue siendo una mezcla líquido-vapor). ¿Cuál es la masa del vapor agregado?

(D – 4.36) ¿Cuál es la calidad de amoniaco saliendo de una válvula a 2 bars (30 psia) si entra

como líquido saturado a 27C (80F)?

(D – 4.38) Se utiliza un proceso tipo Linde para solidificar dióxido de carbono, operando la

salida de la válvula de expansión por debajo del punto triple. El CO2 entra la compresora a 1

atm (14.7 psia) y 21C (70F) y sale a 123 atm (1800 psia) y 500F (260C). Después, pasa por un intercambiador (presión constante) que reduce su temperatura hasta 32C (90F). Posteriormente, se expande en una válvula hasta 1 atm y únicamente se pasa el vapor por un intercambiador donde se regresa hasta 21C (70F). Determinar la fracción de CO₂solidificado, la temperatura del CO2sólido y el trabajo requerido para la compresión adiabática.

(S_–2.17) El aire en un cilindro de 10 ft3 se encuentra inicialmente a una presión de 10 atm y una temperatura de 330K. El cilindro se debe vaciar al abrir una válvula y dejar que la presión se caiga a la

de la atmósfera. ¿Cuáles serán la temperatura y la masa del gas en el cilindro si la operación se realiza: a) de modo que se mantenga la temperatura del gas a 330K?

b) En un cilindro bien aislado?

Para simplificar, supóngase en la parte b, que el proceso ocurre con rapidez suficiente para que no haya transferencia de calor entre las paredes del cilindro y el gas. El gas es ideal y C p= 7 BTU/lb-molF.

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(B-3.13) Se ha sugerido el uso de metano, en cilindros a presión, como combustible de emergencia para el sistema de calefacción de una planta que normalmente usa gas natural (compuesto en gran parte por metano). Se ha de mantener en reserva una cantidad suficiente de cilindros de gas para suministrar 25 200 kcal/h durante 24 h. Si el metano produce 97 200 kcal/kmol al quemarse y se entrega en cilindros de 56.62 lt a 204 atm y 21C, ¿cuántos

cilindros deben ser mantenidos en reserva? Obtener predicciones en cada una de las siguientes ecuaciones de estado:

a) Ecuación del gas ideal.

b) La ley de estados correspondientes.

(B-4.10) Una locomotora a vapor sin fogón es empleada para arrastrar vagones en una planta de explosivos. La locomotora tiene un tanque bien aislado de 100 ft3. Este tanque es cargado periódicamente con vapor de agua de alta presión el que es usado para impulsar la máquina hasta que el tanque queda vació. Al terminar el recorrido dado, el tanque contiene vapor saturado a la presión atmosférica. Se le conecta entonces a una línea de suministro que lleva vapor de agua de 800 psia y 520ºF. Una válvula en la línea de alimentación es abierta hasta que ya no fluye más vapor al tanque. En seguida es cerrada la válvula. La operación de relleno ocurre muy rápidamente. Usando las tablas de vapor de agua (y con las suposiciones adoptadas), determinar la cantidad de vapor en el tanque antes de proceder al relleno.

(D – 5.19) Se expande irreversible e isotérmicamente el Freón 12 a 82_C (180_F) desde 20 atm

(300 psia) hasta 2.4 atm (35 psia), añadiendo 36 kcal/kg (20 Btu/lb) de calor. Calcular el trabajo en el proceso, utilizando a) las tablas de propiedades, b) el método de Estados Correspondientes y c) gas ideal. Compare sus respuestas.

(SVN-3.29) Un tanque de 1,000 ft ³ [28.32 m³] contiene 500 ft ³ [14.16 m³] de n-butano líquido en equilibrio con su vapor a 77°F [25°C]. Hágase una buena estimación de la masa del n-butano vapor en el tanque. La presión vapor del n-n-butano a la temperatura dada es de 2.4 atm [2.43 bar].

(B-4.5) La turbina de la figura produce trabajo expandiendo 1000 lb/h de vapor de agua cuyas condiciones iniciales son de 500 psia y 700ºF. De la turbina salen dos corrientes. La corriente 2 está a 20 psia y 400ºF y tiene un caudal igual a la tercera parte del flujo de entrada. La corriente 3 pasa través de una válvula de estrangulación y es expandida hasta 1 atm. Se encuentra que la temperatura después de la expansión es 240F. Si el trabajo que se obtiene de la turbina es de 55 hp, estimar la pérdida de calor de turbina en Kcal/h.

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2

(S – 4.16) En un tanque de 1 ft3hay 40 libras de freón 12 a 150F. Compare la predicción del método de los Estados Correspondientes para la presión en el tanque, con la que se obtiene utilizando las propiedades de la Figura (P vs H).

Datos para el freón 12:

Peso molecular = 120.925 Temperatura crítica = 112C Presión crítica = 40.6 atm