Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 5
5-48 Refrigerante 134a entra a un compresor a 180 kPa como
vapor saturado, con un flujo de 0.35 m 3 /min, y sale a 700 kPa.
La potencia suministrada al refrigerante durante el proceso de
compresión es 2.35 kW. ¿Cuál es la temperatura del R-134a a
la salida del compresor? Respuesta: 48.8 °C
5-49 Por una turbina adiabática pasa un flujo estacionario de
vapor de agua. Las condiciones iniciales del vapor son 6 MPa,
400 °C y 80 m/s en la entrada, y en la salida son 40 kPa,
92 por ciento de calidad y 50 m/s. El flujo másico del vapor
es 20 kg/s. Determine a) el cambio de energía cinética, b) la
potencia desarrollada por la turbina y c) el área de entrada de
la turbina.
Respuestas: a) 1.95 kJ/kg, b) 14.6 MW, c) 0.0119 m 2
P 1 = 6 MPa
T 1 = 400 °C
V 1 = 80 m/s
Vapor
de agua
m = 20 kg/s
˙
·
W salida
120 kPa
20 °C
10 L/s
Compresor
1 MPa
300 °C
FIGURA P5-53
5-54 A una turbina adiabática entra gas de argón a 1 600 kPa
y 450 °C, con una velocidad constante de 55 m/s, y sale a 150
kPa con una velocidad de 150 m/s. El área de entrada de la
turbina es 60 cm 2 . Si la potencia producida por la turbina es
90 kW, determine la temperatura de salida del argón.
5-55 Se va a comprimir helio, de 120 kPa y 310 K, hasta
700 kPa y 430 K. Durante el proceso de compresión hay una
pérdida de calor de 20 kJ/kg. Despreciando los cambios de
energía cinética, determine la potencia requerida para un flujo
másico de 90 kg/min.
P 2 = 40 kPa
x 2 = 0.92
V 2 = 50 m/s
20 kJ/kg
P 2 = 700 kPa
T 2 = 430 K
FIGURA P5-49
5-50 Regrese al problema 5-49. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto de la presión en
la salida de la turbina sobre la potencia producida por ella.
Haga variar la presión en la salida desde 10 hasta 200 kPa.
Trace la gráfica de la potencia de la turbina en función de la
presión en la salida, y describa los resultados.
5-51 Considere una turbina adiabática a la que entra vapor
de agua a 10 MPa y 500 °C, y sale a 10 kPa, con 90 por
ciento de calidad. Despreciando los cambios de energía cinética
y potencial, determine el flujo másico necesario para
producir 5 MW de potencia de salida.
Respuesta: 4.852 kg/s
5-52 Por una turbina pasa vapor de agua con un flujo constante
de 45,000 lbm/h; entra a 1,000 psia y 900 °F, y sale a
5 psia, como vapor saturado. Si la potencia generada por la
turbina es 4 MW, calcule la tasa de pérdida de calor del vapor
de agua.
5-53 Un compresor adiabático de aire procesa 10 L/s a 120
kPa y 20 °C, hasta 1 000 kPa y 300 °C. Determine a) el trabajo
que requiere el compresor, en kJ/kg, y b) la potencia
necesaria para impulsarlo, en kW.
He
m· = 90 kg/min
P 1 = 120 kPa
T 1 = 310 K
FIGURA P5-55
·
W entrada
5-56 A un compresor adiabático entra dióxido de carbono
a 100 kPa y 300 K, con un flujo de 0.5 kg/s, y sale a 600
kPa y 450 K. Despreciando los cambios de energía cinética,
determine a) el flujo volumétrico del dióxido de carbono en
la entrada del compresor y b) la potencia consumida por el
compresor. Respuestas: a) 0.28 m 3 /s, b) 68.8 kW
5-57 Una turbina de gas adiabática expande aire a 1 300 kPa
y 500 °C hasta 100 kPa y 127 °C. A la turbina entra aire por
una abertura de 0.2 m 2 , con una velocidad promedio de 40
m/s, y sale por una abertura de 1 m 2 . Determine a) el flujo
másico de aire por la turbina y b) la potencia que produce esa
turbina. Respuestas: a) 46.9 kg/s, b) 18.3 MW