Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ANÁLISIS DE ENERGÍA DE SISTEMAS CERRADOS
4-75 En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga variable
y con una rueda de paletas integrada al cilindro, hay aire.
Al principio está a 500 kPa y 27 °C. Entonces se hace girar
la rueda de paletas mediante un motor eléctrico externo, hasta
que se ha transferido al aire la energía de 50 kJ/kg en forma
de trabajo. Durante este proceso se transfiere calor para mantener
constante la temperatura del aire, y al mismo tiempo se
triplica el volumen del gas. Calcule la cantidad requerida de
transferencia de calor, en kJ/kg. Respuesta: 44.6 kJ/kg
constante, aun cuando el calentador trabaje continuamente.
Determine la potencia nominal del calentador, en kW.
Recinto
Q·
T aire = constante
·
W e
Aire
500 kPa
27 °C
W flecha
FIGURA P4-75
4-76 Una masa de 15 kg de aire, en un dispositivo de
cilindro-émbolo, se calienta de 25 a 77 °C, haciendo pasar
corriente por un calentador de resistencia en el interior del
cilindro. La presión dentro del cilindro se mantiene constante
en 300 kPa durante el proceso, y hay una pérdida de calor de
60 kJ. Determine los kWh de energía eléctrica suministrada.
Respuesta: 0.235 kWh
W e
Aire
P = constante
Q
Q
FIGURA P4-79
4-80 Un dispositivo de cilindro-émbolo, con un grupo
de topes en su borde superior, contiene 3 kg de
aire a 200 kPa y 27 °C. A continuación se transfiere calor al
aire, y el émbolo sube hasta que llega a los topes, y en ese
punto el volumen es el doble del volumen inicial. Se transfiere
más calor hasta que la presión dentro del cilindro también
aumenta al doble. Calcule el trabajo efectuado y la
cantidad de calor transferido en este proceso. También trace el
proceso en un diagrama P-v.
4-81 Un dispositivo de cilindro provisto de un cilindro-pistón
contiene aire. El émbolo descansa inicialmente en un conjunto
de topes, y se necesita una presión de 300 kPa para mover el
émbolo. Inicialmente, el aire está a 100 kPa y 27 °C, y ocupa
un volumen de 0.4 m 3 . Determine la cantidad de calor que se
transfiere al aire, en kJ, al aumentar la temperatura a 1 200 K.
Suponga que el aire tiene calores específicos constantes evaluados
a 300 K. Respuesta: 340 kJ
Aire
FIGURA P4-76
4-77 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 1.5 kg
de nitrógeno, inicialmente a 100 kPa y 17 °C. Entonces se
comprime lentamente el nitrógeno, en un proceso politrópico
durante el cual PV 1.3 constante, hasta que el volumen se
reduce a la mitad. Determine el trabajo efectuado y la transferencia
de calor para este proceso.
4-78 Regrese al problema 4.77. Use el programa EES
(o cualquier otro) para graficar el proceso descrito
allí, en un diagrama P-V , e investigue el efecto del exponente
politrópico n sobre el trabajo de la frontera y el calor transferido.
Haga variar el exponente politrópico de 1.1 a 1.6. Trace
las gráficas de trabajo de la frontera y calor transferido, en función
del exponente politrópico, y describa los resultados.
4-79 Un recinto se calienta con un calentador de resistencia.
Cuando las pérdidas de calor del recinto, en un día invernal,
son 6 500 kJ/h, la temperatura del aire en el recinto permanece
FIGURA P4-81
4-82 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene aire a 600
kPa y 927 °C, y ocupa un volumen de 0.8 m 3 . El aire experimenta
un proceso isotérmico (temperatura constante) hasta
que la presión se reduce a 300 kPa. El émbolo está ahora
fijado en su lugar, y no se le permite moverse mientras tiene
lugar un proceso de transferencia de calor hasta que el aire
alcanza 27 °C.
a) Haga un esquema del sistema que muestre las energías
que cruzan la frontera y el diagrama P-V para los procesos
combinados.
b) Para los procesos combinados, determine la cantidad neta
de transferencia de calor, en kJ, y su dirección.
Suponga que el aire tiene calores específicos constantes evaluados
a 300 K.