Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
T H
Máquina
térmica
η ter = 36%
η ΙΙ = 60%
8-30E ¿Cuál es un recurso más valioso para producción de
trabajo en un sistema cerrado, 15 pies 3 de aire a 100 psia y
250 °F o 20 pies 3 de helio a 60 psia y 200 °F? Tome T 0
77 °F y P 0 14.7 psia.
8-31 ¿Cuál tiene la capacidad mayor para producir trabajo
en un sistema cerrado, 1 kg de vapor de agua a 800 kPa y
180 °C o 1 kg de R-134a a 800 kPa y 180 °C? Tome T 0 25 °C
y P 0 100 kPa. Respuestas: 623 kJ, 5.0 kJ
530 R
FIGURA P8-22E
Vapor
de agua
1 kg
800 kPa
180 °C
R-134a
1 kg
800 kPa
180 °C
8-23 Una casa que pierde calor a razón de 50.000 kJ/h
cuando la temperatura exterior cae a 4 °C se va a calentar por
calefactores de resistencia eléctrica. Si la casa se ha de mantener
a 25 °C todo el tiempo, determine la entrada de trabajo
reversible para este proceso y la irreversibilidad.
Respuestas: 0.978 kW, 12.91 kW
8-24E Un congelador se mantiene a 20 °F quitándole calor
a razón de 75 Btu/min. La potencia consumida por el congelador
es de 0.70 hp, y el aire del entorno está a 75 °F. Determine
a) la potencia reversible, b) la irreversibilidad y c) la
eficiencia según la segunda ley de este congelador.
Respuestas: a) 0.20 hp, b) 0.50 hp, c) 28.9 por ciento
8-25 Una planta de generación eléctrica usa agua líquida
geotérmica a 150 °C a razón de 210 kg/s como fuente de
calor, y produce 5.1 MW de potencia neta en un ambiente a
25 °C. Si 7.5 MW de la exergía que entra a la planta con el
agua geotérmica se destruyen dentro de la planta, determine
a) la exergía del agua geotérmica que entra a la planta; b)
la eficiencia según la segunda ley, y c) la exergía del calor
rechazado por la planta.
8-26 Demuestre que la potencia que produce una turbina de
viento es proporcional al cubo de la velocidad del viento y al
cuadrado del diámetro de envergadura de las aspas.
Análisis de exergía de sistemas cerrados
8-27C ¿Puede un sistema tener una eficiencia según la segunda
ley más alta que la eficiencia según la primera ley
durante un proceso? Dé ejemplos.
8-28 Una masa de 8 kg de helio sufre un proceso desde un
estado inicial de 3 m 3 /kg y 15 °C hasta un estado final de 0.5
m 3 /kg y 80 °C. Suponiendo que el entorno está a 25 °C y 100
kPa, determine el aumento en el potencial de trabajo útil del
helio durante este proceso.
8-29E Se expande aire en un sistema adiabático cerrado,
de 150 psia y 100 °F a 15 psia con una eficiencia isentrópica de
expansión de 95 por ciento. ¿Cuál es la eficiencia según la
segunda ley de esta expansión? Tome T 0 77 °F y P 0 14.7
psia.
FIGURA P8-31
8-32 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 5 kg
de refrigerante 134a a 0.7 MPa y 60 °C. El refrigerante
se enfría ahora a presión constante hasta que existe como
líquido a 24 °C. Si el entorno está a 100 kPa y 24 °C, determine
a) la exergía del refrigerante en los estados inicial y
final, y b) la exergía destruida durante el proceso.
8-33E Un recipiente rígido bien aislado contiene 6 lbm de
vapor húmedo de agua a 35 psia. Inicialmente, tres cuartas
partes de la masa están en fase líquida. Un calentador eléctrico
de resistencia colocado en el recipiente se enciende y se
mantiene encendido hasta que todo el líquido en el recipiente
se vaporiza. Suponiendo que el entorno está a 75 °F y 14.7
psia, determine a) la destrucción de exergía y b) la eficiencia
según la segunda ley para este proceso.
8-34 Un recipiente rígido está dividido en dos partes iguales
mediante una mampara. Un lado del recipiente contiene 4 kg
de agua líquida comprimida a 200 kPa y 80 °C, y el otro lado
se pone al vacío. Ahora se quita la mampara, y el agua se
expande para llenar todo el recipiente. Si la presión final del
recipiente es de 40 kPa, determine la exergía destruida durante
este proceso. Suponga que el entorno está a 25 °C y 100 kPa.
Respuesta: 10.3 kJ
8-35 Reconsidere el problema 8-34. Usando software
EES (u otro), estudie el efecto de la presión final en
el recipiente sobre la exergía destruida durante el proceso. Grafique
la exergía destruida como función de la presión final para
presiones finales entre 45 y 5 kPa, y explique los resultados.
8-36 Un dispositivo aislado de cilindro-émbolo contiene
0.8 L de agua líquida saturada a presión constante de 120 kPa.
Un calentador eléctrico de resistencia dentro del cilindro se
enciende y realiza un trabajo eléctrico sobre el agua en la cantidad
de 1 400 kJ. Suponiendo que el entorno esté a 25 °C y
100 kPa, determine a) el trabajo mínimo con el que podría
realizarse este proceso y b) la exergía destruida durante este
proceso. Respuestas: a) 278 kJ, b) 1.104 kJ