Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ENTROPÍA
7-229 Un dispositivo de cilindro-émbolo aislado de 0.25 m 3
contiene inicialmente 0.7 kg de aire a 20 °C. En este estado, el
émbolo se puede mover libremente. Ahora se admite al interior
del cilindro aire a 500 kPa y 70 °C de una línea de suministro,
hasta que el volumen aumenta en 50 por ciento. Usando calores
específicos constantes a temperatura ambiente, determine
a) la temperatura final, b) la cantidad de masa que ha entrado,
c) el trabajo realizado y d) la generación de entropía.
Recipiente
Reservorio
térmico
T L
Q
FIGURA P7-231
Aire
0.25 m 3
0.7 kg
20 °C Aire
500 kPa
70 °C
FIGURA P7-229
7-230 Cuando la transportación de gas natural por una tubería
no es factible por razones económicas, se licua primero
usando técnicas de refrigeración no convencionales y luego se
transporta en tanques superaislados. En una planta de licuefacción
de gas natural, el gas natural licuado (LNG, por sus siglas
en inglés) entra a una turbina criogénica a 30 bar y 160 °C,
a razón de 20 kg/s, y sale a 3 bar. Si la turbina produce 115
kW de potencia, determine la eficiencia de la turbina. Tome la
densidad del LNG como 423.8 kg/m 3 .
Respuesta: 90.3 por ciento
3 bar
7-232 Una máquina térmica recibe calor de un recipiente
de volumen constante lleno con 2 kg de aire. La máquina
produce trabajo que se almacena en un depósito de trabajo,
y rechaza 400 kJ de calor a un depósito térmico a 300 K.
Durante el proceso, la temperatura del aire en el recipiente
disminuye a 300 K. a) Determine la temperatura inicial del
aire que elevará al máximo el trabajo y la eficiencia térmica
de la máquina. b) Evalúe el cambio total de entropía de este
sistema aislado, el trabajo producido y la eficiencia térmica
para la temperatura inicial del aire en el recipiente del inciso
a), y a 100 K arriba y debajo de la respuesta al inciso a).
c) Grafique la eficiencia térmica y la generación de entropía
como funciones de la temperatura inicial del aire. Comente
sobre sus respuestas. Suponga calores específicos para el
aire a 300 K.
Respuestas: a) 759 K, 0.393
Recipiente
Q H
Turbina
criogénica
Máquina
térmica
W
Depósito
de trabajo
LNG, 30 bar
–160 °C, 20 kg/s
FIGURA P7-230
7-231 Un recipiente de volumen constante lleno con 2 kg
de aire rechaza calor a un depósito térmico a 300 K. Durante
el proceso, la temperatura del aire en el recipiente disminuye
hasta la temperatura del depósito. Determine las expresiones
para los cambios de entropía para el recipiente y el depósito,
y el cambio total de entropía o entropía generada de este sistema
aislado. Grafique estos cambios de entropía como funciones
de la temperatura inicial del aire. Comente sus resultados.
Suponga calores específicos del aire constantes a 300 K.
Depósito
térmico
T L
Q L
FIGURA P7-232
7-233 Para un gas ideal con calores específicos constantes,
demuestre que las eficiencias isentrópicas del compresor y la
turbina se pueden escribir como
h C
1k
1P 2 >P 1 2
12>k
1T 2 >T 1 2 1
y h T
1T 4 >T 3 2 1
1P 4 >P 3 2 1k 12>k 1 .