Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
Aire
101 kPa
30 °C
0.5 m 3 /s
FIGURA P8-87
8-88 Un intercambiador de calor bien aislado de tipo coraza
y tubos se usa para calentar agua (c p 4.18 kJ/kg · °C) en los
tubos de 20 a 70 °C a razón de 4.5 kg/s. El calor lo suministra
aceite caliente (c p 2.30 kJ/kg · °C) que entra al lado de la
coraza a 170 °C a razón de 10 kg/s. Despreciando cualquier
pérdida de calor del intercambiador de calor, determine a) la
temperatura de salida del aceite y b) la tasa de destrucción de
exergía en el intercambiador de calor. Tome T 0 25 °C.
8-89E Se debe condensar vapor de agua en el lado de coraza
de un intercambiador de calor a 120 °F. El agua de enfriamiento
entra a los tubos a 60 °F a razón de 115.3 lbm/s y sale
a 73 °F. Suponiendo que el intercambiador de calor está bien
aislado, determine a) la tasa de transferencia de calor en el
intercambiador de calor y b) la tasa de destrucción de exergía
en el intercambiador de calor. Tome T 0 77 °F.
8-90 Entra vapor de agua a una turbina a 12 MPa, 550 °C y
60 m/s, y sale a 20 kPa y 90 m/s con un contenido de humedad
de 5 por ciento. La turbina no está correctamente aislada y se
estima que se pierde calor de la turbina a razón de 220 kW.
La producción de potencia de la turbina es de 4.5 MW. Suponiendo
que el entorno está a 25 °C, determine a) la producción
de potencia reversible de la turbina, b) la exergía destruida
dentro de la turbina y c) la eficiencia según la segunda ley de
la turbina. d) También estime el posible aumento en la producción
de potencia de la turbina si ésta se aislara perfectamente.
Vapor de agua
9 MPa
600 °C, 60 m/s
Turbina
20 kPa
90 m/s
x = 0.95
FIGURA P8-90
Gases de escape
1.1 kg/s
190 °C
8-91 Entra aire a un compresor a condiciones ambientes de
100 kPa y 20 °C a razón de 4.5 m 3 /s con baja velocidad, y
Q·
sale a 900 kPa, 60 °C y 80 m/s. El compresor se enfría por
agua de enfriamiento que sufre un aumento de temperatura
de 10 °C. La eficiencia isotérmica del compresor es 70 por
ciento. Determine a) los suministros de potencia real y reversible,
b) la eficiencia según la segunda ley y c) el flujo másico
del agua de enfriamiento.
8-92 Agua líquida a 15 °C se calienta en una cámara mezclándola
con vapor saturado de agua. El agua líquida entra a
la cámara a la presión del vapor saturado, a razón de 4.6 kg/s,
y el vapor saturado entra a razón de 0.23 kg/s. La mezcla sale
de la cámara mezcladora como líquido a 45 °C. Si el entorno
está a 15 °C, determine a) la temperatura del vapor saturado
que entra a la cámara, b) la destrucción de exergía durante
este proceso de mezclado, y c) la eficiencia según la segunda
ley de la cámara mezcladora.
Respuestas: a) 114.3 °C, b) 114.7 kW, c) 0.207
Agua
15 °C
4.6 kg/s
Vapor
sat.
0.23 kg/s
Cámara
mezcladora
FIGURA P8-92
Mezcla
45 °C
8-93 Deduzca una expresión para el potencial de trabajo del
contenido de una sola fase de un contenedor adiabático rígido
cuando el contenedor inicialmente vacío se llena por una sola
abertura desde una fuente de fluido de trabajo cuyas propiedades
permanecen fijas.
Problemas de repaso
8-94E Un refrigerador tiene una eficiencia según la segunda
ley de 28 por ciento, y retira calor del espacio refrigerado a
razón de 800 Btu/min. Si el espacio se mantiene a 25 °F mientras
la temperatura del aire circundante es de 90 °F, determine
el suministro de potencia al refrigerador.
8-95 Se expande adiabáticamente refrigerante 134a en una válvula
de expansión, de 900 kPa y 30 °C a 120 kPa. Para condiciones
ambientales de 100 kPa y 20 °C, determine a) el potencial
de trabajo del R-134a a la entrada, b) la destrucción de exergía
durante el proceso y c) la eficiencia según la segunda ley.
8-96 Entra vapor de agua a una tobera adiabática a 3.5 MPa
y 300 °C con una velocidad baja, y sale a 1.6 MPa y 250 °C
a razón de 0.4 kg/s. Si el estado ambiente es de 100 kPa y 18
°C, determine a) la velocidad de salida, b) la tasa de destrucción
de exergía y c) la eficiencia según la segunda ley.
8-97 Se expande adiabáticamente refrigerante 134a de 1.600
kPa y 80 °C en un sistema cerrado a 100 kPa, con una eficiencia
isentrópica de expansión de 85 por ciento. Determine la
eficiencia según la segunda ley de esta expansión. Tome T 0
25 °C y P 0 100 kPa.