Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 5
Sala
de fumar
15 fumadores
FIGURA P5-16
Ventilador
5-17 El requisito mínimo de aire para una construcción
residencial se especifica como 0.35 cambios de aire por hora
(ASHRAE, Norma 62, 1989). Es decir, debe sustituirse el 35
por ciento de todo el aire que contenga una residencia, por
aire fresco de la intemperie, cada hora. Si el requisito de ventilación
para una residencia de 3 m de altura y 200 m 2 de área
de piso se va a cubrir totalmente con un ventilador, determine
su capacidad de flujo, en L/min, que debe tener. También
determine el diámetro del ducto, para que la velocidad del aire
no sea mayor de 4 m/s.
Trabajo de flujo y transporte convectivo de energía
5-18C ¿Cuáles son los diferentes mecanismos para transferir
energía hacia o desde un volumen de control?
5-19C ¿Qué es energía de flujo? ¿Poseen energía de flujo
los fluidos en reposo?
5-20C ¿Cómo se comparan las energías de un fluido que
fluye y un fluido en reposo? Describa las formas específicas
de energía asociada en cada caso.
5-21E Una bomba de agua aumenta su presión, de 10 psia
a 50 psia. Determine el trabajo de flujo, en Btu/lbm, que
requiere la bomba.
5-22 Un compresor de aire maneja 6 L de aire a 120 kPa y
20 °C, y lo entrega a 1 000 kPa y 400 °C. Calcule el trabajo
de flujo, en kJ/kg, que requiere el compresor.
Respuesta: 109 kJ/kg
5-23E De una olla de presión sale vapor de agua, cuando la
presión de operación es 20 psia. Se observa que la cantidad
de líquido en la olla bajó 0.6 gal en 45 minutos de haberse
establecido condiciones constantes de operación, y el área
transversal de la abertura de salida es 0.15 pulg 2 . Determine
a) la tasa de flujo másico del vapor, y su velocidad de salida,
b) las energías total y de flujo del vapor, por unidad de masa,
y c) la rapidez con la que sale energía de la olla, por medio
del vapor.
5-24 Por un tubo pasa aire en flujo constante, a 300 kPa, 77
°C y 25 m/s, a una tasa de 18 kg/min. Determine a) el diámetro
del tubo, b) la tasa de energía de flujo, c) la tasa de transporte
de energía por medio de transferencia de masa y d) el error
cometido en el inciso c) si se desprecia la energía cinética.
Balance de energía de flujo estacionario:
toberas y difusores
5-25C Un sistema de flujo estacionario ¿puede implicar un
trabajo de la frontera?
5-26C Un difusor es un dispositivo adiabático que disminuye
la energía cinética del fluido al desacelerarlo. ¿Qué
sucede con esa energía cinética perdida?
5-27C La energía cinética de un fluido aumenta a medida
que se acelera en una tobera adiabática. ¿De dónde procede
esa energía cinética?
5-28C ¿Es deseable transferir calor hacia o desde el fluido,
cuando pasa por una tobera? ¿Cómo afectará la transferencia
de calor a la velocidad del fluido en la salida de la tobera?
5-29 A un difusor adiabático entra aire a 80 kPa y 127 °C, al
flujo constante de 6 000 kg/h, y sale a 100 kPa. La velocidad
de aire baja de 230 a 30 m/s al pasar por el difusor. Calcule
a) la temperatura del aire a la salida, y b) el área de salida del
difusor.
5-30 A una tobera entra aire constantemente a 300 kPa, 200
°C y 45 m/s, y sale a 100 kPa y 180 m/s. El área de entrada
de la tobera es 110 cm 2 . Determine a) el flujo másico por la
tobera, b) la temperatura del aire a la salida y c) el área de
salida de la tobera.
Respuestas : a) 1.09 kg/s, b) 185 °C, c) 79.9 cm 2
P 1 = 300 kPa
T 1 = 200 °C
V 1 = 45 m/s
A 1 = 110 cm 2
Aire
FIGURA P5-30
P 2 = 100 kPa
V 2 = 180 m/s
5-31 Regrese al problema 5-30. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto que tiene el área
de entrada sobre el flujo másico, la temperatura de salida y el
área de salida. Haga variar el área de entrada de 50 cm 2 a 150
cm 2 . Trace la gráfica de los resultados finales en función del
área de entrada, y describa los resultados.
5-32E En una turbina de gas, los estatores se diseñan de
tal manera que aumentan la energía cinética del gas que pasa
por ellos adiabáticamente. El aire entra a un conjunto de esas
toberas a 300 psia y 700 °F, a la velocidad de 80 pies/s, y sale
a 250 psia y 645 °F. Calcule la velocidad a la salida de las
toberas.
5-33 El difusor de un motor de reacción debe bajar la energía
cinética del aire que entra al compresor del motor, sin interacciones
de calor o trabajo. Calcule la velocidad a la salida
de un difusor, cuando entra a él aire a 100 kPa y 20 °C, con
una velocidad de 500 m/s, y el estado en la salida es 200 kPa
y 90 °C.