Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

486
EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
camente hasta que su volumen se duplica. No hay ninguna
transferencia térmica entre el argón y el aire atmosférico del
entorno, que está a 300 K y 100 kPa. Determine a) la producción
de trabajo útil, b) la exergía destruida y c) el trabajo
máximo que se puede producir durante este proceso.
T 0 = 300 K
P 0 = 100 kPa
N 2
20 kg
1 000 K
Q H
Horno
T R = 1 200 K
Argón
400 K
350 kPa
MT
Q L
W
Q R
FIGURA P8-123
8-124 Dos recipientes de volumen constante, cada uno lleno
con 30 kg de aire, tienen temperaturas de 900 K y 300 K. Una
máquina térmica colocada entre los dos recipientes extrae calor
del recipiente a alta temperatura, produce trabajo y rechaza
calor hacia el recipiente de baja temperatura. Determine el
trabajo máximo que la máquina térmica puede producir y las
temperaturas finales de los recipientes. Suponga calores específicos
constantes a la temperatura ambiente.
Aire
30 kg
900 K
MT
Aire
30 kg
300 K
Q L
Q H
FIGURA P8-124
8-125 Un recipiente de volumen constante contiene 20 kg
de nitrógeno a 1.000 K, y un dispositivo de presión constante
contiene 10 kg de argón a 300 K. Una máquina térmica colocada
entre el recipiente y el dispositivo extrae calor del recipiente
de alta temperatura, produce trabajo y rechaza calor al
dispositivo de baja temperatura. Determine el trabajo máximo
que puede producir la máquina térmica y las temperaturas
finales del nitrógeno y del argón. Suponga calores específicos
constantes a la temperatura ambiente.
W
Ar
10 kg
300 K
FIGURA P8-125
8-126 Un cilindro rígido de 50 L de nitrógeno está provisto
de una válvula de alivio de seguridad ajustada a 1,200 kPa.
Inicialmente, este cilindro contiene nitrógeno a 1,200 kPa y
20 °C. Ahora se transfiere calor al nitrógeno desde un depósito
de calor a 500 °C, y se deja escapar nitrógeno hasta que
la masa de nitrógeno es la mitad de la inicial. Determine el
cambio en el potencial de trabajo del nitrógeno como resultado
de este calentamiento. Tome T 0 20 °C.
8-127 Un recipiente rígido de 100 L bien aislado se llena
inicialmente con nitrógeno a 1,000 kPa y 20 °C. Ahora se
abre una válvula y se deja escapar a la mitad de la masa de
nitrógeno. Determine el cambio en el contenido de exergía del
recipiente.
8-128 Se va a condensar vapor de agua en el condensador
de una planta termoeléctrica a una temperatura de 45 °C con
agua de enfriamiento de un lago cercano que entra a los tubos
del condensador a 12 °C a razón de 330 kg/s y sale a 20 °C.
Suponiendo que el condensador está perfectamente aislado,
determine a) la tasa de condensación del vapor y b) la tasa de
destrucción de exergía en el condensador.
Respuestas: a) 4.61 kg, b) 998 kW
8-129 El recipiente de almacenamiento de aire comprimido
que se muestra en la figura P8-129 tiene un volumen
de 500,000 m 3 , y contiene inicialmente aire a 100 kPa y 20
°C. El compresor isentrópico comprime el aire que entra al
compresor a 100 kPa y 20 °C hasta que el recipiente se llena a
600 kPa y 20 °C. Todos los intercambios de calor se realizan
con el aire del entorno a 20 °C. Calcule el cambio en el potencial
de trabajo del aire almacenado en el recipiente. ¿Cómo se
compara esto con el trabajo necesario para comprimir el aire
cuando se estaba llenando el recipiente?