Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 8
8-98 Se condensa vapor de agua en un sistema cerrado,
a una presión constante de 75 kPa, de vapor saturado a un
líquido saturado rechazando calor a un depósito de energía
térmica a 37 °C. Determine la eficiencia según la segunda ley
de este proceso. Tome T 0 25 °C y P 0 100 kPa.
8-99 Se convierte refrigerante 134a de líquido saturado
a vapor saturado en un sistema cerrado, usando un proceso
reversible a presión constante de transferencia de calor de un
depósito térmico a 0 °C. Desde el punto de vista de la segunda
ley, ¿es más eficaz hacer este cambio de fase a 100 kPa o a
200 kPa? Tome T 0 25 °C y P 0 100 kPa.
8-100 Un radiador eléctrico de 50 L que contiene aceite
de calefacción se coloca en un cuarto bien sellado de 75 m 3 .
Tanto el aire del cuarto como el aceite del radiador están inicialmente
a la temperatura ambiente de 6 °C. Se conecta ahora
la electricidad, con una potencia nominal de 2.4 kW. También
se pierde calor del cuarto a una tasa promedio de 0.75 kW. El
calefactor se apaga después de cierto tiempo cuando las temperaturas
del aire del cuarto y del aceite se miden como 20 y
60 °C, respectivamente. Tomando la densidad y el calor específico
del aceite como 950 kg/m 3 y 2.2 kJ/kg · °C, determine
a) cuánto tiempo se mantiene encendido el calefactor, b) la
destrucción de exergía y c) la eficiencia según la segunda ley
para este proceso.
Respuestas: a) 66.6 min, b) 9.09 kJ, c) 5.3 por ciento
6 °C
R-134a
100 kPa
Líquido sat.
FIGURA P8-99
Radiador
Cuarto
q
Q .
Gas de esc.
400 °C
150 kPa Intercambiador
de calor
Vapor sat.
200 °C
FIGURA P8-101
350 °C
Agua
20 °C
8-102 Las superficies interna y externa de un vidrio de ventana
de 2 m 2 m de dimensiones y de 0.5 cm de espesor,
están en invierno a 10 y 3 °C, respectivamente. Si la tasa de
pérdida de calor a través de la ventana es 4.4 kJ/s, determine
la cantidad de pérdida de calor, en kJ, a través del vidrio
durante un periodo de 5 h. También determine la destrucción
de exergía asociada con este proceso. Tome T 0 5 °C.
8-103 Una cacerola de aluminio tiene fondo plano de 30 cm
de diámetro. Se transfiere, de una manera estacionaria, calor
al agua hirviendo que hay en esta cacerola, a través del fondo,
a razón de 1 100 W. Si las temperaturas de las superficies
interna y externa del fondo de la cacerola son 104 °C y 105
°C, respectivamente, determine la tasa de destrucción de exergía
dentro del fondo de la cacerola durante este proceso, en
W. Tome T 0 25 °C.
8-104 Un lago en un cráter tiene un área de base de 20,000
m 2 , y la profundidad del agua que contiene es de 12 m. El
suelo que rodea al cráter es casi plano y está 140 m debajo
de la base del lago. Determine la cantidad máxima de trabajo
eléctrico, en kWh, que se puede generar suministrando esta
agua a una planta hidroeléctrica.
Respuesta: 95,500 kWh
8-105 Un elemento calentador eléctrico de resistencia, de
800 W de potencia y 50 cm de longitud, con diámetro de 0.5
cm, se sumerge en 40 kg de agua que está inicialmente a 20
°C. Suponiendo que el contenedor de agua está bien aislado,
determine cuánto tiempo tardará este calentador en elevar la
temperatura del agua a 80 °C. Determine también el suministro
mínimo de trabajo necesario y la destrucción de exergía
para este proceso, en kJ. Tome T 0 20 °C.
FIGURA P8-100
8-101 Los gases calientes de escape de un motor de combustión
interna, que salen a 400 °C y 150 kPa a razón de 0.8
kg/s, se van a usar para producir vapor de agua saturado a
200 °C en un intercambiador de calor aislado. El agua entra
al intercambiador de calor a temperatura ambiente a 20 °C,
y los gases de escape salen del intercambiador de calor a 350
°C. Determine a) la razón de producción de vapor, b) la tasa
de destrucción de exergía en el intercambiador de calor y c) la
eficiencia según la segunda ley del intercambiador de calor.
Agua
40 kg
Calentador
FIGURA P8-105