Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 7
Considerando que el líquido presurizado en el recipiente
llega finalmente al equilibrio con su entorno poco después de
la explosión, el trabajo que un líquido presurizado haría si se
le permitiera expandirse reversible y adiabáticamente hasta la
presión del entorno se puede considerar como la energía explosiva
del líquido presurizado. Debido al periodo muy corto de la
explosión y a la calma aparente posterior, el proceso de explosión
se puede considerar adiabático, sin cambios en las energías
cinética y potencial y sin mezcla con el aire.
Considere un recipiente de agua caliente de 80 L que
tiene una presión de trabajo de 0.5 MPa. Como resultado
de algún mal funcionamiento, la presión en el recipiente se
eleva a 2 MPa, en cuyo punto estalla el recipiente. Tomando
la presión atmosférica como 100 kPa y suponiendo que el
líquido en el recipiente está saturado en el momento de la
explosión, determine la energía total de explosión del recipiente
en términos de la equivalencia de TNT. (La energía de
explosión del TNT es alrededor de 3 250 kJ/kg, y 5 kg de
TNT pueden provocar la destrucción total de estructuras no
reforzadas dentro de un radio de alrededor de 7 m.)
Respuesta: 1 972 kg TNT
Recipiente
de agua caliente
80 L
2 MPa
bina se ajusta a 70 kPa. Compare el trabajo producido por esta
turbina de vapor, en kJ/kg, cuando la válvula reguladora está
totalmente abierta (de modo que no hay pérdida de presión), y
cuando está parcialmente cerrada de modo que la presión a la
entrada de la turbina es de 3 MPa.
1
2
Turbina
FIGURA P7-210
7-211 Se llenan recipientes de oxígeno comprimiendo el gas
oxígeno, como se muestra en la figura. Un recipiente de 1 m 3
inicialmente al vacío se va a llenar hasta 13 000 kPa mientras
la temperatura del oxígeno en el recipiente permanece constante
a 20 °C con este sistema. Se usa un compresor isentrópico. El
oxígeno entra a este compresor con una presión y temperatura
constantes de 150 kPa y 20 °C. Determine el trabajo total que
necesita el compresor y la transferencia total de calor del recipiente
de oxígeno. Respuestas: 80 710 kJ; 93 710 kJ.
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FIGURA P7-206
7-207 Usando los argumentos del problema 7-206, determine
la energía total de explosión de una bebida enlatada de 0.35 L
que explota a una presión de 1.2 MPa. ¿A cuántos kilogramos
de TNT equivale esta energía de explosión?
7-208 Se expande aire en una turbina adiabática con eficiencia
isentrópica de 85 por ciento, de un estado inicial de 2 200
kPa y 300 °C a una presión de salida de 200 kPa. Calcule la
temperatura de salida del aire y el trabajo producido por esta
turbina por unidad de masa de aire.
7-209 Se expande aire en una turbina adiabática con eficiencia
isentrópica de 90 por ciento, de un estado de entrada
de 2 200 kPa y 300 °C a una presión de salida de 200 kPa.
Calcule la temperatura de salida del aire, el trabajo producido
por esta turbina y la generación de entropía.
Respuestas: 319 K, 258 kJ/kg, 0.0944 kJ/kg · K.
7-210 Para controlar la salida de potencia de una turbina
isentrópica de vapor, se coloca una válvula reguladora en la
línea de vapor que alimenta la entrada de la turbina, como se
muestra en la figura. Se suministra a la entrada de la válvula
vapor a 6 MPa y 400 °C, y la presión de escape de la tur-
FIGURA P7-211
7-212 Dos recipientes rígidos están conectados por una válvula.
El recipiente A está aislado y contiene 0.3 m 3 de vapor
de agua a 400 kPa y calidad de 60 por ciento. El recipiente B
no está aislado y contiene 2 kg de vapor de agua a 200 kPa y
250 °C. Ahora se abre la válvula y fluye vapor del recipiente
A al B hasta que la presión en el recipiente A cae a 200 kPa.
Durante este proceso, se transfieren 300 kJ de calor del recipiente
B al entorno a 17 °C. Suponiendo que el vapor que
queda dentro del recipiente A ha sufrido un proceso reversible
adiabático, determine a) la temperatura final en cada
recipiente y b) la entropía generada durante este proceso.
Respuestas: a) 120.2 °C, 116.1 °C; b) 0.498 kJ/K