Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 4
4-83 Un dispositivo de cilindro provisto de un émbolo contiene
argón. Inicialmente, el argón está a 100 kPa y 27 °C, y
ocupa un volumen de 0.4 m 3 . El argón se comprime primero
mientras la temperatura se mantiene constante hasta que el
volumen es 0.2 m 3 . Luego se expande el argón mientras la presión
se mantiene constante, hasta que el volumen es 0.6 m 3 .
a) Haga un esquema de ambos procesos en un solo diagrama
P-V que muestre la dirección de los procesos y etiquete los
estados finales como 1, 2 y 3.
b) Determine la cantidad total de transferencia neta de calor
al argón, en kJ, durante los procesos combinados.
Respuesta: b) 172 kJ
4-84 Un gas ideal contenido en un dispositivo cilindro-émbolo
sufre un proceso de compresión isotérmica que comienza
con una presión inicial y un volumen inicial de 100 kPa y 0.6
m 3 , respectivamente. Durante el proceso, hay una transferencia
de calor de 60 kJ del gas ideal al entorno. Determine el
volumen y la presión al final del proceso.
Respuestas: 0.221 m 3 , 272 kPa
Análisis de energía de sistemas cerrados:
sólidos y líquidos
4-85 Un bloque de hierro de 1 kg se calienta de 25 a 75 °C.
¿Cuál es el cambio en la energía interna total y en la entalpía
total?
4-86E El estado de agua líquida cambia de 50 psia y 50 °F
a 2000 psia y 100 °F. Determine el cambio de energía interna
y entalpía de esa agua, con base en a) las tablas de líquido
comprimido, b) la aproximación para sustancias incompresibles
y las tablas de propiedades, y c) el modelo de calor específico.
4-87E Durante un día de campo, en un cálido verano, todas
las bebidas refrescantes desaparecieron con rapidez, y las únicas
disponibles estaban al tiempo, a la temperatura ambiente
de 75 °F. Para tratar de enfriar una lata de 12 onzas de bebida,
una persona la toma y comienza a agitarla en el agua helada
de la caja, a 32 °F. Use las propiedades del agua para modelar
la bebida, y determine la masa de hielo que se fundirá para
cuando la bebida se enfríe a 45 °F.
4-88 Considere una plancha de 1000 W, cuya base es de
aleación de aluminio 2 024-T6 (r 2 770 kg/m 3 y c p 875
J/kg · °C) y de 0.5 cm de espesor. Esa base tiene 0.03 m 2 de
superficie. Primero, la plancha está en equilibrio térmico con
el aire ambiente a 22 °C. Suponiendo que el 90 por ciento del
calor generado en los alambres de resistencia se transfiera a la
base, determine el tiempo mínimo necesario para que la plancha
llegue a 200 °C.
4-89 Unas bolas de rodamiento de acero inoxidable (r
8.085 kg/m 3 y c p 0.480 kJ/kg · °C) tienen 1.2 cm de diámetro,
y a una razón de 800 bolas por minuto se van a templar
en agua. Las bolas salen del horno a la temperatura uniforme
de 900 °C, están en el aire a 25 °C durante un rato, y se dejan
caer en agua. Si la temperatura de las bolas baja a 850 °C
antes de su temple, determine la tasa de transferencia de calor,
de las bolas al aire.
4-90 Unas bolas de acero al carbón (r 7 833 kg/m 3 y c p
0.465 kJ/kg · °C) de 8 mm de diámetro, se recuecen calentándolas
primero a 900 °C en un horno, y después dejándolas
enfriar lentamente a 100 °C en aire ambiente a 35 °C. Si se
van a recocer 2500 bolas por hora, determine la tasa de transferencia
total de calor, de las bolas al aire ambiente.
Respuesta: 542 W
Horno
Aire, 35 °C
900°C Bola de acero 100°C
FIGURA P4-90
4-91 Se puede modelar un huevo ordinario como una esfera
de 5.5 cm de diámetro. Al principio, el huevo está a una temperatura
uniforme de 8 °C y se deja caer en agua hirviente, a
97 °C. Si las propiedades del huevo son r 1020 kg/m 3 y
c p 3.32 kJ/kg · °C, determine cuánto calor se transfiere al
huevo para cuando su temperatura media aumenta a 80 °C.
4-92E En una fábrica, se calientan placas cuadradas de latón
(r 532.5 lbm/pie 3 y c p 0.091 Btu/lbm · °F), de 1.2 pulg
de espesor y de 2 pies 2 pies de dimensiones, que comienzan
a una temperatura uniforme de 75 °F, haciéndolas pasar
por un horno a 1 300 °F, 300 piezas por minuto. Si las placas
permanecen en el horno hasta que su temperatura promedio
aumenta a 1000 °F, determine la tasa de transferencia de calor
a las placas, en el horno.
Horno, 1 300 °F
1.2 pulg
Placa de
latón, 75 °F
FIGURA P4-88
FIGURA P4-92E