Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ENTROPÍA
7-250 Se pierde calor a través de un muro plano, de una
manera estacionaria, a razón de 600 W. Si las temperaturas de
las superficies interna y externa del muro son 20 °C y 5 °C,
respectivamente, la tasa de generación de entropía dentro del
muro es
a) 0.11 W/K b) 4.21 W/K c) 2.10 W/K
d) 42.1 W/K e) 90.0 W/K
7-251 Se comprime aire, de una manera estacionaria y adiabáticamente,
de 17 °C y 90 kPa a 200 °C y 400 kPa. Suponiendo
calores específicos constantes para el aire a temperatura
ambiente, la eficiencia isentrópica del compresor es
a) 0.76 b) 0.94 c) 0.86
d) 0.84 e) 1.00
7-252 Se expande gas argón en una turbina adiabática, de
una manera estacionaria, de 600 °C y 800 kPa a 80 kPa, a
razón de 2.5 kg/s. Para eficiencia isentrópica de 80 por ciento,
la potencia producida por la turbina es
a) 240 kW b) 361 kW c) 414 kW
d) 602 kW e) 777 kW
7-253 Entra agua a una bomba, de una manera estacionaria,
a 100 kPa y una razón de 35 L/s, y sale a 800 kPa. Las velocidades
de flujo a la entrada y a la salida son iguales, pero la
salida de la bomba donde se mide la presión de descarga está
a 6.1 m arriba de la entrada a la bomba. El suministro mínimo
de potencia a la bomba es
a) 34 kW b) 22 kW c) 27 kW
d) 52 kW e) 44 kW
7-254 Se comprime aire a 15 °C, de una manera estacionaria
e isotérmicamente, de 100 kPa a 700 kPa a razón de 0.12
kg/s. El suministro mínimo de potencia al compresor es
a) 1.0 kW b) 11.2 kW c) 25.8 kW
d) 19.3 kW e) 161 kW
7-255 Se comprime aire, de una manera estacionaria e isentrópicamente,
de 1 atm a 16 atm en un compresor de dos etapas.
Para minimizar el trabajo total de compresión, la presión
intermedia entre las dos etapas debe ser
a) 3 atm b) 4 atm c) 8.5 atm
d) 9 atm e) 12 atm
7-256 Entra gas helio, de una manera estacionaria, a una
tobera adiabática a 500 °C y 600 kPa a baja velocidad, y sale
a una presión de 90 kPa. La velocidad más alta posible del
gas helio a la salida de la tobera es
a) 1 475 m/s b) 1 662 m/s c) 1 839 m/s
d) 2 066 m/s e) 3 040 m/s
7-257 Gases de combustión con una relación de calores
específicos de 1.3 entran de una manera estacionaria a una
tobera adiabática a 800 °C y 800 kPa con baja velocidad, y
salen a una presión de 85 kPa. La temperatura más baja posible
de los gases de combustión a la salida de la tobera es
a) 43 °C b) 237 °C c) 367 °C
d) 477 °C e) 640 °C
7-258 Entra vapor de agua, de una manera estacionaria, a
una turbina adiabática a 400 °C y 5 MPa, y sale a 20 kPa. El
porcentaje más alto de masa de vapor que condensa a la salida
de la turbina y sale de la turbina como líquido es
a) 4% b) 8% c) 12%
d) 18% e) 0%
7-259 Entra agua líquida a un sistema adiabático de tubería
a 15 °C a razón de 8 kg/s. Si la temperatura del agua sube en
0.2 °C durante el flujo debido a la fricción, la tasa de generación
de entropía en la tubería es
a) 23 W/K b) 55 W/K c) 68 W/K
d) 220 W/K e) 443 W/K
7-260 Se va a comprimir agua líquida por una bomba
cuya eficiencia isentrópica es de 75 por ciento, de 0.2 MPa
a 5 MPa, a razón de 0.15 m 3 /min. La entrada necesaria de
potencia a esta bomba es
a) 4.8 kW b) 6.4 kW c) 9.0 kW
d) 16.0 kW e) 12 kW
7-261 Entra vapor de agua a una turbina adiabática a 8 MPa
y 500 °C a razón de 18 kg/s, y sale a 0.2 MPa y 300 °C. La
tasa de generación de entropía en la turbina es
a) 0 kW/K b) 7.2 kW/K c) 21 kW/K
d) 15 kW/K e) 17 kW/K
7-262 Se comprime gas helio, de una manera estacionaria,
de 90 kPa y 25 °C a 800 kPa a razón de 2 kg/min con un
compresor adiabático. Si el compresor consume 80 kW de
potencia al operar, la eficiencia isentrópica de este compresor
es
a) 54% b) 80.5% c) 75.8%
d) 90.1% e) 100%
Problemas de diseño y ensayo
7-263 Compare el bombeo de agua a una mayor elevación
con la compresión isentrópica de aire en un tanque de aire
comprimido como un medio de almacenar energía para uso
posterior.
7-264 Es bien sabido que la temperatura de un gas se eleva
cuando se comprime, como resultado de la transferencia de
energía en forma de trabajo de compresión. A altas relaciones
de compresión, la temperatura del aire se puede elevar por
encima de la temperatura de autoignición de algunos hidrocarburos,
incluyendo algún aceite lubricante. Por lo tanto, la
presencia de algo de vapor de aceite lubricante en el aire a
alta presión aumenta la posibilidad de una explosión, creando
un riesgo de incendio. La concentración de aceite dentro del
compresor usualmente es demasiado baja para crear un peligro
real. Sin embargo, el aceite que se acumula en las paredes
internas de la tubería de salida del compresor puede causar una
explosión. Tales explosiones se han eliminado en gran medida
usando los aceites lubricantes adecuados, diseñando cuidadosamente
el equipo, interenfriando entre etapas del compresor y
conservando limpio el equipo.
Se debe diseñar un compresor para una aplicación industrial
en Los Ángeles. Si la temperatura de salida del compresor
no ha de exceder 250 °C por consideraciones de seguri-