Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
FIGURA P5-33
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5-34 A una tobera entra vapor de agua a 400 °C y 800 kPa,
con una velocidad de 10 m/s, y sale a 300 °C y 200 kPa, mientras
pierde calor a una tasa de 25 kW. Para un área de entrada
de 800 cm 2 , determine la velocidad y el flujo volumétrico del
vapor de agua en la salida de la tobera.
Respuestas: 606 m/s, 2.74 m 3 /s
400°C
800 kPa
10 m/s
Vapor
de agua
Q •
FIGURA P5-34
300 °C
200 kPa
5-35 A una tobera adiabática entra vapor a 3 MPa y
400 °C, con una velocidad de 40 m/s, y sale a 2.5
MPa y 300 m/s. Determine a) la temperatura de salida y b) la
relación del área de entrada a la de salida, A 1 /A 2 .
5-36E A un difusor adiabático entra aire a 13 psia y 50 °F,
con una velocidad constante de 600 pies/s, y sale con una baja
velocidad, a una presión de 14.5 psia. El área de salida del
difusor es 4 veces el área de entrada. Determine a) la temperatura
del aire a la salida, y b) su velocidad a la salida.
P 1 = 13 psia
T 1 = 50 °F
V 1 = 600 pies/s
Aire
FIGURA P5-36E
P 2 = 14.5 psia
V 2 << V 1
A 2 = 4A 1
5-37 A una tobera adiabática entra dióxido de carbono, de
una manera estacionaria, a 1 MPa y 500 °C, a una razón
de 6.000 kg/h, y sale a 100 kPa y 450 m/s. El área de entrada
a la tobera es 40 cm 2 . Determine a) la velocidad de entrada y b)
la temperatura de salida. Respuestas: a) 60.8 m/s, b) 685.8 K
5-38 A una tobera adiabática entra refrigerante 134a, en
régimen estacionario, a 700 kPa y 120 °C, con una velocidad
de 20 m/s, y sale a 400 kPa y 30 °C. Determine a) la velocidad
del refrigerante a la salida, y b) la relación entre las áreas
de entrada y salida, A 1 /A 2 .
5-39 A un difusor entra gas de nitrógeno a 60 kPa y 7 °C,
en régimen estacionario, con una velocidad de 275 m/s, y sale
a 85 kPa y 27 °C. Determine a) la velocidad del nitrógeno a la
salida, y b) la relación entre las áreas de entrada y de salida,
A 1 /A 2 .
5-40 Regrese al problema 5-39. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto de la velocidad
de entrada sobre la velocidad de salida y la relación de áreas
de entrada y salida. Haga variar la velocidad de entrada de
210 a 300 m/s. Trace la gráfica de los resultados finales en
función de la velocidad de entrada y describa los resultados.
5-41 Considere un difusor al que entra refrigerante 134a,
como vapor saturado a 800 kPa con una velocidad constante
de 120 m/s, y sale a 900 kPa y 40 °C. El refrigerante gana
calor a una tasa de 2 kJ/s al pasar por el difusor. Si el área de
salida es 80 por ciento mayor que la de entrada, determine a)
la velocidad de salida y b) el flujo másico del refrigerante.
Respuestas: a) 60.8 m/s, b) 1.308 kg/s
5-42 Considere una tobera a la que le entra vapor de agua de
una manera estacionaria a 4 MPa y 400 °C, con una velocidad
de 60 m/s y sale a 2 MPa y 300 °C. El área de entrada de la
tobera es 50 cm 2 , y la tobera pierde calor a la tasa de 75 kJ/s.
Determine a) el flujo másico del vapor de agua, b) la velocidad
de ese vapor a la salida y c) el área de salida de la tobera.
Turbinas y compresores
5-43C Una turbina adiabática está trabajando en estado estacionario.
¿Debe ser igual el trabajo efectuado por la turbina, a
la disminución de la energía del vapor que pasa por ella?
5-44C Un compresor de aire trabaja en estado estacionario.
¿Cómo compararía usted el de flujo volumétrico a la entrada y
a la salida del compresor?
5-45C ¿Aumentará la temperatura del aire al comprimirlo en
un compresor adiabático?
5-46C Alguien propone el siguiente sistema para enfriar
una casa durante el verano: comprimir el aire exterior normal,
dejarlo enfriar a la temperatura del exterior, pasarlo por una
turbina e introducirlo en la casa. Desde el punto de vista termodinámico
¿es lógico el sistema que se propone?
5-47 Refrigerante R-134a entra a un compresor a 100 kPa
y –24 °C, con un flujo de 1.35 m 3 /min, y sale a 800 kPa y
60 °C. Determine el flujo másico del R-134a, y la entrada de
potencia al compresor.