Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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MEZCLA DE GASES
1 MPa
35% N 2
65% He
(por masa)
100 psia, 100 °F
Q
Q
60% CH 4
25% C 3 H 8
15% C 4 H 10
(por masa)
W·
FIGURA P13-54E
13-55 Una mezcla de gases consiste en 30 por ciento de
hidrógeno, 40 por ciento de helio y 30 por ciento de nitrógeno,
por volumen. La mezcla se expande isentrópicamente
de 5 000 kPa y 600 °C a 200 kPa. Calcule el trabajo producido
por unidad de masa de la mezcla.
13-56 Las fracciones másicas de una mezcla de gases son 15
por ciento de nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento
de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla está confinada
en un recipiente rígido bien aislado de 10 m 3 , a 200 kPa
y 20 °C. Se hace girar una rueda de paletas en el recipiente
hasta que se haya realizado un trabajo de 100 kJ sobre la mezcla.
Calcule la presión y la temperatura finales de la mezcla.
Respuestas: 203 kPa, 298 K.
13-57 Se suministran propano y aire a un motor de combustión
interna de tal manera que la relación aire-combustible es de
16 cuando la presión es de 95 kPa y la temperatura es de 30 °C.
La relación de compresión del motor es de 9.5. Si el proceso
de compresión es isentrópico, determine la entrada necesaria de
trabajo para este proceso de compresión, en kJ/kg de la mezcla.
13-58 Un recipiente rígido aislado está dividido en dos
compartimientos mediante una mampara. Un compartimiento
contiene 2.5 kmol de CO 2 a 27 °C y 200 kPa, y el otro compartimiento
contiene 7.5 kmol de gas H 2 a 40 °C y 400 kPa.
Ahora se quita la mampara y se permite que se mezclen los
dos gases. Determine a) la temperatura de la mezcla y b) la
presión de la mezcla después de haberse establecido el equilibrio.
Suponga calores específicos constantes a temperatura
ambiente para ambos gases.
CO 2
2.5 kmol
27 °C
200 kPa
H 2
7.5 kmol
40 °C
400 kPa
FIGURA P13-58
13-59 Una mezcla de gases de hidrocarburos está compuesta
de 60 por ciento de metano, 25 por ciento de propano y 15
por ciento de butano (por peso). Esta mezcla se comprime de
100 kPa y 20 °C a 1.000 kPa en un compresor reversible, isotérmico,
de flujo estacionario. Calcule el trabajo y la transferencia
de calor para esta compresión por unidad de masa de
la mezcla.
100 kPa
20°C
FIGURA P13-59
13-60 Durante el proceso de expansión de un ciclo ideal de
Otto, el gas es una mezcla cuya composición volumétrica es
30 por ciento de nitrógeno, 10 por ciento de oxígeno, 35 por
ciento de agua y 25 por ciento de dióxido de carbono. Calcule
la eficiencia térmica de este ciclo cuando el aire al inicio de la
compresión está a 90 kPa y 15 °C, la relación de compresión es
de 8 y la temperatura máxima del ciclo es de 1.100 °C. Modele
los procesos de adición de calor y rechazo de calor usando
propiedades constantes del gas que son el promedio de las propiedades
del aire y las del gas en expansión.
13-61 ¿Cómo se compara la eficiencia térmica del ciclo del
problema 13-60 con la predicha por el análisis de aire estándar?
13-62E El gas que pasa por la turbina de un ciclo ideal
Brayton simple tiene una composición volumétrica de 20 por
ciento de nitrógeno, 5 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de
dióxido de carbono y 35 por ciento de vapor de agua. Calcule
la eficiencia térmica de este ciclo cuando el aire entra al
compresor a 10 psia y 40 °F, la relación de presiones es de 6 y
la temperatura a la salida de la turbina es de 1.400 °F. Modele
los procesos de adición y rechazo de calor usando propiedades
constantes del gas iguales al promedio de las propiedades del
aire y las del gas de la turbina.
13-63E ¿Cómo se compara la eficiencia térmica del ciclo
del problema 13-62E con la predicha por el análisis de aire
estándar?
13-64E Una mezcla gaseosa consiste en 75 por ciento de
metano y 25 por ciento de etano, por masa. Una cantidad
de un millón de pies cúbicos de esta mezcla está atrapada en una
formación geológica como gas natural a 300 °F y 2 000 psia.
Este gas natural se bombea de la profundidad de 6.000 pies
hasta la superficie. En la superficie, la presión del gas es de
20 psia y su temperatura es de 200 °F. Usando la regla de Kay
y el diagrama de desviación de entalpía, calcule el trabajo
necesario para bombear este gas. Respuesta: 1.02 10 8 Btu
13-65E Una mezcla de gases de 65 por ciento de N 2 y
35 por ciento de CO 2 (sobre la base de masa)
entra a la tobera aceleradora de un motor de propulsión a 60
psia y 1.400 R con una baja velocidad y se expande a una
presión de 12 psia. Si la eficiencia isentrópica de la tobera es
de 88 por ciento, determine a) la temperatura de salida y b) la
velocidad de salida de esta mezcla. Suponga calores específicos
constantes a temperatura ambiente.