Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 5
motor. Se estima que el posenfriador debe disminuir la temperatura
del aire por debajo de 80 °C si se quiere evitar el
cascabeleo. El aire ambiente entra al posenfriador a 30 °C y
sale a 40 °C. Despreciando cualquier pérdida por fricción en
la turbina y el compresor, y tratando los gases de escape como
aire, determine a) la temperatura del aire en la salida del compresor
y b) el flujo volumétrico mínimo de aire ambiente que
se necesita para evitar el cascabeleo.
5-196 Una olla de presión cuece los alimentos mucho más
rápidamente que las ollas ordinarias, manteniendo una presión
y una temperatura más altas durante la cocción. La presión dentro
de la olla está controlada por un regulador de presión (la
válvula de purga) que mantiene la presión a un nivel constante
dejando que el vapor escape periódicamente, evitando así que
la presión suba excesivamente. Las ollas de presión, en general,
mantienen una presión manométrica de 2 atm (o 3 atm absolutas)
en su interior. Por lo tanto, las ollas de presión cuecen a
una temperatura de alrededor de 133 °C, en vez de 100 °C, lo
cual reduce el tiempo de cocción hasta en un 70 por ciento, al
mismo tiempo que reducen al mínimo la pérdida de nutrientes.
Las ollas de presión más modernas usan una válvula de resorte
con varios ajustes de presión, a diferencia de las antiguas que
usaban un contrapeso.
Cierta olla de presión tiene un volumen de 6 L y una presión
de operación de 75 kPa manométricos. Inicialmente, contiene
1 kg de agua. Se suministra calor a la olla de presión a
razón de 500 W durante 30 minutos después de alcanzar la
presión de operación. Suponiendo una presión atmosférica de
100 kPa, determine a) la temperatura a la cual tiene lugar la
cocción y b) la cantidad de agua que queda en la olla de presión
al final del proceso. Respuestas: a) 116.04 °C, b) 0.6 kg
5-197 Un tanque de diámetro D 0 = 10 m se llena inicialmente
con agua hasta 2 m arriba del centro de una válvula de diámetro
D = 10 cm cerca del fondo. La superficie del tanque está
abierta a la atmósfera, y el tanque drena por un tubo de longitud
L = 100 m conectado a la válvula. El factor de fricción
del tubo se da como f = 0.015, y la velocidad de descarga se
expresa como V
2gz
, donde z es la altura del
1.5 fLD
agua arriba del centro de la válvula. Determine a) la velocidad
inicial de descarga del tanque y b) el tiempo necesario
para vaciar el tanque. El tanque se puede considerar vacío
cuando el nivel del agua cae hasta la altura del centro de la
válvula.
5-198 La velocidad de un líquido que fluye en un tubo circular
de radio R varía de 0 en la pared a un máximo en el centro
del tubo. La distribución de velocidades en el tubo se puede
representar como V(r) donde r es la distancia radial del centro
del tubo. Con base en la definición de caudal másico ṁ,
obtenga una relación para la velocidad promedio en términos
de V(r), R y r.
5-199 Se mezclan dos flujos del mismo gas ideal, a distintos
flujos másicos y temperaturas, en un mezclador adiabático,
que opera de una manera estacionaria. Suponiendo que los
calores específicos sean constantes, desarrolle la ecuación más
sencilla para calcular la temperatura de la mezcla, escrita en
la forma
•
m 1 , T 1
•
m 2 , T 2
T 3 f m 1
m , m 2
3 m , T 1 , T 2
3
Mezclador
FIGURA P5-199
•
m 3 , T 3
5-200 Un contenedor rígido lleno de un gas ideal se calienta
mientras se deja escapar gas de modo que la temperatura del
gas que queda en el contenedor permanezca constante. Este
contenedor tiene una sola salida. Deduzca una expresión para
el flujo másico a la salida como función de la tasa de cambio
de presión en el contenedor.
5-201 Considere una botella rígida al vacío de volumen V
rodeada por la atmósfera a la presión P 0 y la temperatura T 0 .
Ahora se abre una válvula en el cuello de la botella y se deja
entrar el aire atmosférico a la botella. El aire atrapado en la
botella llega finalmente a un equilibrio térmico con la atmósfera
como resultado de la transferencia de calor a través de la
pared de la botella. La válvula permanece abierta durante el
proceso, de modo que el aire atrapado alcanza el equilibrio
mecánico con la atmósfera. Determine la transferencia térmica
neta a través de la pared de la botella durante este proceso de
llenado, en términos de las propiedades del sistema y de la
atmósfera circundante.
Problemas para el examen de fundamentos
de ingeniería
5-202 Se acelera vapor por una tobera, de una manera estacionaria,
de una velocidad baja a una velocidad de 280 m/s, a
razón de 2.5 kg/s. Si la temperatura y la presión del vapor a la
salida de la tobera son 400 °C y 2 MPa, el área de salida de
la tobera es
a) 8.4 cm 2 b) 10.7 cm 2
c) 13.5 cm 2 d) 19.6 cm 2
e) 23.0 cm 2
5-203 Entra vapor, de una manera estacionaria, a un difusor
a 0.5 MPa, 300 °C y 122 m/s a una razón de 3.5 kg/s. El área
de entrada del difusor es
a) 15 cm 2 b) 50 cm 2
c) 105 cm 2 d) 150 cm 2
e) 190 cm 2
5-204 Un intercambiador de calor adiabático se usa para
calentar agua fría a 15 °C que entra a una razón de 5 kg/s,
mediante aire caliente a 90 °C que entra también a razón de