Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

417
CAPÍTULO 7
7-189 Un recipiente rígido de 0.8 m 3 contiene bióxido de
carbono (CO 2 ) gaseoso a 250 K y 100 kPa. Ahora se enciende
un calentador de resistencia eléctrica de 500 W colocado en el
recipiente y se mantiene encendido durante 40 minutos, después
de ese tiempo se mide la presión del CO 2 y se encuentra
que es de 175 kPa. Suponiendo que el entorno está a 300 K
y usando calores específicos constantes, determine a) la temperatura
final del CO 2 , b) la cantidad neta de transferencia de
calor del recipiente y c) la generación de entropía durante este
proceso.
continúa hasta que cae la presión en el recipiente a 200 kPa.
Suponiendo que el vapor que queda en el recipiente ha sufrido
un proceso adiabático reversible, determine la temperatura
final a) en el recipiente rígido y b) en el cilindro.
0.2 m 3
Vapor
saturado
350 kPa
200 kPa
FIGURA P7-193
FIGURA P7-189
7-190 Se estrangula, de una manera estacionaria, el flujo de
gas helio de 300 kPa y 50 °C. Se pierde calor del helio al
entorno en la cantidad de 1.75 kJ/kg a 25 °C y 100 kPa. Si
la entropía del helio aumenta en 0.25 kJ/kg · K en la válvula,
determine a) la presión y temperatura de salida y b) la generación
de entropía durante el proceso.
Respuestas: a) 265 kPa, 49.7 °C; b) 0.256 kJ/kg · K
7-191 Entra refrigerante 134a a un compresor como vapor
saturado a 200 kPa y a una razón de 0.03 m 3 /s, y sale a 700
kPa. La entrada de potencia al compresor es de 10 kW. Si el
entorno a 20 °C experimenta un aumento de entropía de 0.008
kW/K, determine a) la tasa de pérdida de calor del compresor,
b) la temperatura de salida del refrigerante y c) la tasa de
generación de entropía.
7-192 Entra aire a 500 kPa y 400 K a una tobera adiabática
a una velocidad de 30 m/s, y sale a 300 kPa y 350 K. Usando
calores específicos variables, determine a) la eficiencia isentrópica,
b) la velocidad de salida y c) la generación de entropía.
Aire
500 kPa
400 K
30 m/s
FIGURA P7-192
300 kPa
350 K
7-193 Un recipiente aislado que contiene 0.2 m 3 de vapor
de agua saturado a 350 kPa se conecta a un dispositivo de
cilindro-émbolo aislado e inicialmente evacuado. La masa del
émbolo es tal que se necesita una presión de 200 kPa para
subirlo. Ahora la válvula está ligeramente abierta, y parte
del vapor fluye al cilindro, elevando el émbolo. Este proceso
7-194 Se comprimen adiabáticamente 3 kg de gas helio de
100 kPa y 27 °C a 900 kPa. Si la eficiencia de compresión
isentrópica es de 80 por ciento, determine el suministro necesario
de trabajo y la temperatura final del helio.
7-195 Refrigerante 134a a 600 kPa y 100 °C sufre una
expansión reversible isotérmica a 200 kPa en un dispositivo
de flujo estacionario con una entrada y una salida. Determine
la potencia producida por este dispositivo y la tasa de transferencia
térmica cuando el flujo másico a través del dispositivo
es 1 kg/s.
7-196 Un inventor afirma haber inventado un dispositivo
adiabático de flujo estacionario con una sola entrada-salida,
que produce 100 kW cuando expande 1 kg/s de aire de 900
kPa y 300 °C a 100 kPa. ¿Es válida esta afirmación?
7-197 Usted va a expandir adiabáticamente un gas de 3 MPa
y 300 °C a 80 kPa, en un dispositivo de cilindro-émbolo. ¿Cuál
de las dos opciones —aire con una eficiencia de expansión isentrópica
de 90 por ciento, o neón con una eficiencia de expansión
isentrópica de 80 por ciento— producirá el trabajo máximo?
7-198 En algunos sistemas de refrigeración se usa un tubo
capilar adiabático para hacer caer la presión del refrigerante
del nivel de condensador al nivel del evaporador. Entra
R-134a al tubo capilar como líquido saturado a 50 °C, y sale
a 12 °C. Determine la tasa de generación de entropía en el
tubo capilar para un flujo másico de 0.2 kg/s.
Respuesta: 0.0077 kW/K
R-134a
50 C
Líq. sat.
Tubo capilar
FIGURA P7-198
–12 C
7-199 Un compresor comprime de una manera estacionaria
aire de 100 kPa y 17 °C a 700 kPa, a razón de 5 kg/min.
Determine la entrada mínima de potencia necesaria si el proceso
es a) adiabático y b) isotérmico. Suponga que el aire es
un gas ideal con calores específicos variables, y desprecie los
cambios en energías cinética y potencial.
Respuestas: a) 18.0 kW; b) 13.5 kW