Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 4
4-39 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente
vapor de agua a 200 kPa, 200 °C y 0.4
m 3 . En este estado, un resorte lineal (F x) toca el émbolo,
pero no ejerce fuerza sobre él. Entonces, se transfiere calor
lentamente al vapor de agua, haciendo que aumenten su presión
y volumen, hasta 250 kPa y 0.6 m 3 , respectivamente.
Represente al proceso en un diagrama P-v con respecto a líneas
de saturación, y determine a) la temperatura final, b) el trabajo
efectuado por el vapor de agua y c) el calor total transferido.
Respuestas: a) 606 °C, b) 45 kJ, c) 288 kJ
inicial de 2 m 3 . Entonces se calienta el vapor de agua hasta
que su volumen es 5 m 3 y su presión es 225 kPa. Calcule el
calor transferido al vapor de agua, y el trabajo producido por
el mismo, durante este proceso.
Resorte
Vapor de agua
FIGURA P4-42
FIGURA P4-39
4-40 Regrese al problema 4-39. Use el programa EES
(u otro similar) para investigar el efecto de la
temperatura inicial del vapor de agua sobre la temperatura
final, el trabajo efectuado y el calor total transferido. Haga
variar la temperatura inicial de 150 a 250 °C. Trace los resultados
finales en función de la temperatura inicial y describa
esos resultados.
4-41 Un radiador eléctrico con 30 L de aceite se coloca
en un recinto de 50 m 3 . Tanto el recinto como el aceite del
radiador están a 10 °C en un principio. El radiador tiene una
potencia nominal de 1.8 kW, y se enciende. Al mismo tiempo,
se pierde calor del recinto a una tasa promedio de 0.35 kJ/s.
Después de algún tiempo, se mide la temperatura promedio
y resulta 20 °C, para el aire en el recinto, y 50 °C para el
aceite en el radiador. Suponiendo que la densidad y el calor
específico del aceite sean 950 kg/m 3 y 2.2 kJ/kg · °C, respectivamente,
determine cuánto tiempo se mantuvo encendido el
calentador. Suponga que el recinto está bien hermetizado, para
que no haya fugas de aire.
4-43 En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga de
resorte hay refrigerante 134a, a 600 kPa y 150 °C, con un
volumen inicial de 0.3 m 3 . Entonces se enfría el refrigerante,
hasta que su temperatura es 30 °C, y su volumen es 0.1
m 3 . Determine el calor transferido al refrigerante, y el trabajo
producido por él, durante este proceso. Respuestas: 1 849 kJ
(calor rechazado por el refrigerante), 68.4 kJ (trabajo efectuado
sobre el refrigerante)
4-44E Se condensa vapor saturado de R-134a a 100 °F,
a presión constante, hasta líquido saturado, en un sistema
cerrado de cilindro-émbolo. Calcule el calor transferido y el
trabajo efectuado durante este proceso, en Btu/lbm.
4-45 En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga constante,
bien aislado, hay 0.8 kg de R-134a líquido saturado, a
una temperatura inicial de 5 °C. Este dispositivo contiene una
resistencia eléctrica, como se ve en la figura P4-45, a la cual se
le aplican 10 volts para hacer pasar una corriente de 2 amperes
por ella. Determine el tiempo que se necesita para que el refrigerante
se convierta en vapor saturado, y la temperatura final
del mismo.
10°C
Recinto
Radiador
Q
V
FIGURA P4-45
FIGURA P4-41
4-42 En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga de
resorte está contenido vapor de agua a 75 kPa y 8 por ciento
de calidad, como se ve en la figura P4-42, con un volumen
4-46 Dos recipientes, el recipiente A y el recipiente B, están
separados por una división. En un principio, el tanque A contiene
2 kg de vapor de agua a 1 MPa y 300 °C, mientras que el
recipiente B contiene 3 kg de vapor húmedo de agua, a 150 °C,
con 50 por ciento de fracción de masa de vapor. Entonces se
quita la división, y se deja mezclar los dos lados, hasta que