Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
Se estima que se pierde calor de la turbina a razón de 20 kW.
Usando las propiedades del aire para los gases de combustión
y suponiendo que el entorno está a 25 °C y 100 kPa, determine
a) las producciones de potencia real y reversible de la
turbina, b) la exergía destruida dentro de la turbina y c) la eficiencia
según la segunda ley de la turbina.
8-137 Entra refrigerante 134a a un compresor adiabático
a 160 kPa, sobrecalentado en 3 °C, y sale a 1.0 MPa. Si el
compresor tiene una eficiencia según la segunda ley de 80
por ciento, determine a) el suministro real de trabajo, b) la
eficiencia isentrópica y c) la destrucción de exergía. Tome la
temperatura del entorno como 25 °C.
Respuestas: a) 49.8 kJ/kg, b) 0.78, c) 9.95 kJ/kg
8-138 Entra agua a una bomba a 100 KPa y 30 °C a razón
de 1.35 kg/s, y sale a 4 MPa. Si la bomba tiene una eficiencia
isentrópica de 70 por ciento, determine a) el suministro real
de trabajo, b) la tasa de calentamiento friccional, c) la destrucción
de exergía y d) la eficiencia según segunda ley para una
temperatura de entorno de 20 °C.
8-139 Se expande gas argón de 3.5 MPa y 100 °C a 500
kPa en una válvula adiabática de expansión. Para condiciones
ambientales de 100 kPa y 25 °C, determine a) la exergía del
argón a la entrada, b) la destrucción de exergía durante el proceso
y c) la eficiencia según segunda ley.
Argón
3.5 MPa
100 °C
1 MPa
Compresor
R-134
160 kPa
FIGURA P8-137
FIGURA P8-139
500 kPa
8-140 Entra gas nitrógeno a un difusor a 100 kPa y 110
°C con velocidad de 205 m/s, y sale a 110 kPa y 45 m/s. Se
estima que se pierden 2.5 kJ/kg de calor del difusor al entorno
a 100 kPa y 27 °C. El área de salida del difusor es 0.04 m 2 .
Teniendo en cuenta la variación de los calores específicos con
la temperatura, determine a) la temperatura de salida, b) la
tasa de destrucción de exergía y c) la eficiencia según segunda
ley del difusor.
Respuestas: a) 127 °C, b) 12.4 kW, c) 76.1 por ciento
8-141 ¿Puede ser negativa la exergía de un sistema cerrado?
¿Y la exergía de flujo? Explique usando como ejemplo una
sustancia incompresible.
8-142 Obtenga una ecuación para el cálculo de la eficiencia
según segunda ley de una máquina térmica que recibe el calor
Q H de una fuente a temperatura T H y rechaza el calor Q L a
un sumidero a T L , que es mayor que T 0 (la temperatura del
entorno), produciendo trabajo en la cantidad W.
8-143 Escribiendo las ecuaciones de primera y segunda leyes
y simplificándolas, obtenga la ecuación para el cálculo de trabajo
reversible de un sistema cerrado que intercambia calor
con un medio circundante a T 0 en la cantidad de Q 0 , así como
con un depósito térmico a T D en la cantidad de Q D . (Pista:
Elimine Q 0 entre las dos ecuaciones.)
8-144 Escribiendo las ecuaciones de primera y segunda leyes
y simplificándolas, obtenga la ecuación para el cálculo de trabajo
reversible de un sistema de flujo estacionario que intercambia
calor con un medio circundante a T 0 en la cantidad de
Q· 0, así como con un depósito térmico a T D en la cantidad de
Q· R. (Pista: Elimine Q· 0 entre las dos ecuaciones.)
8-145 Escribiendo las ecuaciones de primera y segunda leyes
y simplificándolas, obtenga la ecuación para el cálculo de trabajo
reversible de un sistema de flujo uniforme que intercambia
calor con el entorno a T 0 en la cantidad de Q 0 , así como
con un depósito térmico a T D en la cantidad de Q D . (Pista:
Elimine Q 0 entre las dos ecuaciones.)
Problemas para el examen de fundamentos
de ingeniería (FE)
8-146 Se pierde calor a través de una pared plana, de una
manera estacionaria, a razón de 800 W. Si las temperaturas de
las superficies interior y exterior de la pared son 20 y 5 °C,
respectivamente, y la temperatura ambiente es 0 °C, la tasa de
destrucción de exergía dentro de la pared es
a) 40 W b) 17 500 W c) 765 W
d) 32 800 W e) 0 W
8-147 Entra agua líquida a un sistema adiabático de tuberías
a 15 °C, a razón de 3 kg/s. Se observa que la temperatura del
agua se eleva en 0.3 °C en el tubo debido a la fricción. Si la
temperatura ambiente es también de 15 °C, la tasa de destrucción
de exergía en el tubo es
a) 3.8 kW b) 24 kW c) 72 kW
d) 98 kW e) 124 kW
8-148 Una máquina térmica recibe calor de una fuente a
1.500 K a una razón de 600 kJ/s y rechaza calor a un sumidero
a 300 K. Si la producción de potencia de la máquina es
de 400 kW, la eficiencia según segunda ley de esta máquina
térmica es
a) 42% b) 53% c) 83%
d) 67% e) 80%
8-149 Un depósito de agua contiene 100 toneladas del agua
a una elevación promedio de 60 m. La cantidad máxima de
potencia eléctrica que se puede generar mediante esta agua es
a) 8 kWh b) 16 kWh c) 1 630 kWh
d) 16 300 kWh e) 58 800 kWh