Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

256
ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
5-8 Entra agua a los tubos de una caldera, de 130 mm de diámetro
constante, a 7 MPa y 65 °C, y sale a 6 MPa y 450 °C,
a una velocidad de 80 m/s. Calcule la velocidad del agua en la
entrada de un tubo, y el flujo volumétrico a la entrada.
5-9 Una secadora de cabello es fundamentalmente un ducto
de diámetro constante, donde se colocan algunas capas de
resistencias eléctricas. Un pequeño ventilador succiona el aire
y lo impulsa pasando por las resistencias, donde se calienta. Si
la densidad del aire es 1.20 kg/m 3 en la succión, y 0.95 kg/m 3
en la salida, determine el aumento porcentual en la velocidad
del aire, al pasar por la secadora.
5-12 A través del área de 1 m 2 , entra aire a un motor de
avión a 100 kPa y 20 °C, con una velocidad de 180 m/s.
Determine el flujo volumétrico, en m 3 /s, en la entrada del
motor, y el flujo másico, en kg/s, en la salida del motor.
5-13 Un globo de aire caliente, esférico, se llena con aire a
120 kPa y 20 °C, y su diámetro inicial es 5 m. A este globo
entra aire a 120 kPa y 20 °C, con una velocidad de 3 m/s, a
través de una abertura de 1 m de diámetro. ¿Cuántos minutos
tardará el globo en inflarse hasta un diámetro de 15 m, cuando
la presión y temperatura del aire en el interior del globo son
iguales que las del aire que entra a él?
Respuesta: 12.0 min
0.95 kg/m 3 1.20 kg/m 3
FIGURA P5-9
5-10 Un recipiente rígido de 1 m 3 contiene aire cuya densidad
es 1.18 kg/m 3 . Ese recipiente se conecta a un tubo de
suministro de alta presión, mediante una válvula. La válvula
se abre y se deja entrar aire al recipiente, hasta que la densidad
del aire en el recipiente aumenta a 7.20 kg/m 3 . Determine la
masa de aire que ha entrado al recipiente. Respuesta: 6.02 kg
5-11 Un separador ciclónico como el de la figura P5-11 se
usa para eliminar partículas sólidas finas, como ceniza, que
estén suspendidas en un flujo de gas. En el sistema de ductos
por los cuales fluyen los gases de combustión en una central
eléctrica, la fracción másica de cenizas suspendidas en los gases
de combustión es 0.001, aproximadamente. Determine los flujos
másicos en las dos salidas del separador ciclónico (de gas de
combustión y de ceniza) cuando a esa unidad entran 10 kg/s de
la mezcla de gases de combustión y ceniza. También determine
la cantidad de ceniza recolectada por año.
FIGURA P5-13
© Vol. 27/PhotoDisc/Getty RF.
5-14 Una bomba aumenta la presión del agua de 70 kPa en
la succión, hasta 700 kPa en la descarga. El agua llega a ella a
15 °C, pasando por una abertura de 1 cm de diámetro, y sale
por una abertura de 1.5 cm de diámetro. Determine la velocidad
del agua en la succión y la descarga, cuando el flujo
másico por la bomba es 0.5 kg/s. ¿Cambiarán mucho esas velocidades
si la temperatura en la succión aumenta hasta 40 °C?
Gases de combustión
700 kPa
FIGURA P5-14
Agua
70 kPa
15 °C
Gases de combustión y ceniza
FIGURA P5-11
Ceniza
5-15 A un tubo de 28 cm de diámetro entra refrigerante
134a, a las condiciones constantes de 200 kPa y 20 °C, con
una velocidad de 5 m/s. El refrigerante gana calor al pasar, y
sale del tubo a 180 kPa y 40 °C. Determine a) el flujo volumétrico
del refrigerante en la entrada, b) el flujo másico del
refrigerante, y c) la velocidad y el flujo volumétrico en la
salida.
5-16 Una sala de fumar debe admitir a 15 fumadores. El
requisito mínimo de aire fresco para salas de fumar debe ser
30 L/s por persona (ASHRAE, Norma 62, 1989). Determine
la tasa de flujo mínima necesaria de aire fresco que se debe
suministrar a la sala, y el diámetro del ducto, para que la velocidad
no sea mayor de 8 m/s.