Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ENTROPÍA
7-110 Calcule el trabajo producido, en kJ/kg, para el proceso
reversible isotérmico de flujo estacionario 1-3 que se
muestra en la figura P7-110, cuando el fluido de trabajo es un
gas ideal.
P, kPa
600
200
7-111 Entra agua líquida a una bomba de 25 kW a una
presión de 100 kPa, a razón de 5 kg/s. Determine la presión
máxima que puede tener el agua líquida a la salida de la
bomba. Desprecie los cambios de energía cinética y potencial
del agua, y tome el volumen específico del agua como 0.001
m 3 /kg. Respuesta: 5 100 kPa
Bomba
2
0.002
100 kPa
v, m 3 /kg
FIGURA P7-110
7-112 Considere una planta termoeléctrica que opera entre
los límites de presión de 5 MPa y 10 kPa. El vapor de agua
entra a la bomba como líquido saturado y sale de la turbina
como vapor saturado. Determine la relación del trabajo producido
por la turbina al trabajo consumido por la bomba.
Suponga que el ciclo completo es reversible y las pérdidas de
calor de la bomba y la turbina son despreciables.
7-113 Reconsidere el problema 7-112. Usando el software
EES (u otro), investigue el efecto de la
calidad del vapor a la salida de la turbina sobre la producción
neta de trabajo. Haga variar la calidad de 0.5 a 1.0, y grafique
la producción neta de trabajo como función de dicha calidad.
7-114 Entra agua líquida a 120 kPa a una bomba de 7 kW
que eleva su presión a 5 MPa. Si la diferencia de elevación
entre los niveles de entrada y salida es 10 m, determine el
flujo másico más alto de agua líquida que puede manejar esta
P 2
FIGURA P7-111
1
25 kW
bomba. Desprecie el cambio de energía cinética del agua y
tome el volumen específico como 0.001 m 3 /kg.
7-115E Se comprime gas helio de 16 psia y 85 °F a 120
psia a razón de 10 pies 3 /s. Determine la entrada de potencia
al compresor, suponiendo que el proceso de compresión es a)
isentrópico, b) politrópico, con n 1.2, c) isotérmico y d)
ideal, politrópico de dos etapas con n 1.2.
7-116E Reconsidere el problema 7-115E. Usando software
EES (u otro), evalúe y grafique el trabajo
de compresión y el cambio de entropía del helio como funciones
del exponente politrópico cuando varía de 1 a 1.667.
Explique sus resultados.
7-117 Las etapas de compresión en el compresor axial de la
turbina industrial de gas son de acople cercano, lo cual hace
muy impráctico el interenfriamiento. Para enfriar el aire en
estos compresores y para reducir la potencia de compresión,
se propone rociar agua pulverizada con tamaños de gota del
orden de 5 micras en el flujo de aire mientras se comprime,
y enfriar continuamente el aire al evaporarse el agua. Aunque
la colisión de las gotas de agua con los álabes giratorios
es un motivo de preocupación, la experiencia con turbinas de
vapor indica que pueden resistir concentraciones de gotas de
agua hasta de 14 por ciento. Suponiendo que el aire se comprime
isentrópicamente a razón de 2 kg/s de 300 K y 100 kPa
a 1 200 kPa y el agua se inyecta a una temperatura de 20 °C a
razón de 0.2 kg/s, determine la reducción en la temperatura
de salida del aire comprimido, y el ahorro en potencia del
compresor. Suponga que el agua se vaporiza por completo
antes de salir del compresor, y suponga un flujo másico promedio
de 2.1 kg/s en el compresor.
7-118 Reconsidere el problema 7-117. El compresor con
agua inyectada se usa en una planta eléctrica de turbina de
gas. Se asegura que la producción de potencia de una turbina
de gas aumentará por el incremento en el flujo másico del gas
(aire más vapor de agua). ¿Está usted de acuerdo?
Eficiencias isentrópicas de dispositivos
de flujo estacionario
7-119C Describa el proceso ideal para a) una turbina adiabática,
b) un compresor adiabático y c) una tobera adiabática,
y defina la eficiencia isentrópica para cada dispositivo.
7-120C ¿El proceso isentrópico es un modelo adecuado para
compresores que se enfrían intencionalmente? Explique.
7-121C En un diagrama T-s, ¿el estado real de salida (estado
2) de una turbina adiabática tiene que estar del lado derecho
del estado isentrópico de salida (estado 2s)? ¿Por qué?
7-122E Vapor a 100 psia y 650 °F se expande adiabáticamente
en un sistema cerrado, a 10 psia. Determine el trabajo
producido, en Btu/lbm, y la temperatura final del vapor para
una eficiencia de expansión isentrópica de 80 por ciento.
Respuestas: 132 Btu/lbm, 275 °F
7-123 Vapor de agua a 3 MPa y 400 °C se expande a 30 kPa
en una turbina adiabática con eficiencia isentrópica de 92 por
ciento. Determine la potencia producida por esta turbina, en
kW, cuando el flujo másico es 2 kg/s.