Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
5-85 El agua fría que va a una regadera (c p 4.18 kJ/kg
· °C) entra a 15 °C, a un intercambiador de calor de tubos
concéntricos con pared delgada, de contraflujo, a una razón
de 0.60 kg/s, y se calienta hasta 45 °C con agua caliente (c p
4.19 kJ/kg · °C) que entra a 100 °C a una razón de 3 kg/s.
Determine la tasa de transferencia de calor en el intercambiador
y la temperatura de salida del agua caliente.
5-86 Se va a precalentar aire (c p 1.005 kJ/kg · °C) usando
gases de combustión calientes, en un intercambiador de calor
de flujos cruzados, antes de entrar a un horno. El aire entra al
intercambiador a 95 kPa y 20 °C a una razón de 0.6 m 3 /s. Los
gases de combustión (c p 1.10 kJ/kg · °C) entran a 160 °C a
una razón de 0.95 kg/s y salen a 95 °C. Determine la tasa de
transferencia de calor al aire y su temperatura de salida.
Aire
95 kPa
20 °C
0.6 m 3 /s
Gases de combustión
0.95 kg/s
95 °C
FIGURA P5-86
5-87E En un calentador de tipo abierto para agua de alimentación
se calienta el agua mezclándola con vapor de agua
caliente. En una central termoeléctrica hay un calentador de
tipo abierto para agua de alimentación, donde se mezclan 0.1
lbm/s de vapor a 10 psia y 200 °F con 2.0 lbm/s de agua de
alimentación a 10 psia y 100 °F, para obtener agua de alimentación
a 10 psia y 120 °F en la salida. El diámetro del tubo de
salida es 0.5 pies. Determine el flujo másico y la velocidad
del agua de alimentación a la salida. ¿Serían muy diferentes el
flujo másico y la velocidad a la salida, si la temperatura a la
salida fuera 180 °F?
5-88E En un sistema de calentamiento por vapor, se
calienta aire pasándolo sobre algunos tubos por
los cuales fluye uniformemente vapor. El vapor entra al intercambiador
de calor a 30 psia y 400 °F, a una tasa de 15 lbm/
min, y sale a 25 psia y 212 °F. El aire entra a 14.7 psia y 80
°F y sale a 130 °F. Determine el flujo volumétrico del aire a
la entrada.
5-89 Un sistema de acondicionamiento de aire implica
mezclar aire frío y aire caliente del exterior, antes de que la
mezcla entre a la habitación acondicionada, de manera estacionaria.
A la cámara mezcladora, entra aire frío a 7 °C y 105 kPa,
con un flujo de 0.75 m 3 /s, mientras que el aire caliente entra
a 34 °C y 105 kPa. La mezcla sale de la habitación a 24 °C.
La relación de flujos másicos de aire caliente a frío es 2.2.
Use calores específicos variables para determinar a) la temperatura
de la mezcla en la entrada de la habitación y b) la tasa
de ganancia de calor en ella.
Aire frío
7 °C
Aire caliente
34 °C
5-90 Se usarán gases calientes de escape de un motor de
combustión interna, para producir vapor saturado a 2 MPa.
Los gases de escape entran al intercambiador de calor a 400
°C, con un flujo de 32 kg/min, mientras que el agua entra a
15 °C. El intercambiador de calor no está bien aislado, y se
estima que el 10 por ciento del calor cedido por los gases
de escape se pierde a los alrededores. Si el flujo másico de
gases de escape es 15 veces el del agua, determine a) la temperatura
de los gases de escape en la salida del intercambiador
de calor y b) la tasa de transferencia de calor al agua.
Use las propiedades constantes del calor específico del aire
para los gases de escape.
Gases
de escape
400 °C
2 MPa
Vap. sat.
FIGURA P5-89
Q·
Intercambiador
de calor
FIGURA P5-90
Habitación 24 °C
Agua
15 °C
5-91 Se diseña una unidad de intercambiador de calor con
agua helada, para enfriar 5 m 3 /s de aire a 100 kPa y 30°C,
hasta 100 kPa y 18°C, usando agua helada a 8 °C. Determine
la temperatura máxima del agua a la salida, cuando su tasa de
flujo es 2 kg/s. Respuesta: 16.3 °C
Agua
Aire
2
3
Intercambiador
de calor con
agua helada
FIGURA P5-91
4
1
Agua
Aire
5-92 El condensador de un ciclo de refrigeración es básicamente
un intercambiador de calor en el que se condensa un
refrigerante mediante la transferencia de calor hacia un fluido
a menor temperatura. Entra refrigerante 134a a un condensador
a 1 200 kPa y 85 °C, con un flujo de 0.042 kg/s, y sale a
la misma presión, subenfriado en 6.3 °C. La condensación se
realiza mediante agua de enfriamiento, que experimenta una
elevación de temperatura de 12 °C en el condensador. Determine
a) la tasa de transferencia de calor al agua en el condensador,
en kJ/min, y b) el flujo másico del agua en kg/min.
Respuestas: a) 525 kJ/min, b) 10.5 kg/min.