Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
5-58E Se expande aire en una turbina de gas adiabática de
500 psia y 800 °F hasta 60 psia y 250 °F. Si el flujo volumétrico
en la salida es 50 pies 3 /s, el área de entrada es 0.6 pie 2
y el área de salida es 1.2 pie 2 , determine la potencia que produce
esa turbina.
5-59 Entra vapor a una turbina de flujo uniforme con un flujo
másico de 20 kg/s a 600 °C, 5 MPa, y una velocidad despreciable.
El vapor se expande en la turbina hasta vapor saturado
a 500 kPa, de donde 10 por ciento del vapor se extrae para
algún otro uso. El resto del vapor continúa expandiéndose a la
salida de la turbina, donde la presión es 10 kPa y la calidad es
de 85 por ciento. Si la turbina es adiabática, determine la tasa
de trabajo realizado por el vapor durante este proceso.
Respuesta: 27 790 kW
5 MPa
600 C
20 kg/s
5-65C Durante un proceso de estrangulación, la temperatura
de un fluido baja de 30 a 20 °C. ¿Puede proceder adiabáticamente
ese proceso?
5-66 En algunos sistemas de refrigeración se usa un tubo
capilar adiabático para hacer bajar la presión del refrigerante,
desde la presión en el condensador hasta la presión en el evaporador.
El R-134a entra al tubo capilar como líquido saturado
a 50 °C y sale a 20 °C. Determine la calidad del refrigerante
en la entrada del evaporador.
5-67 Una mezcla de líquido y vapor de agua saturados,
llamada vapor húmedo, fluye en una línea de suministro de
vapor de agua a 2 000 kPa y se estrangula hasta 100 kPa y
120 °C. ¿Cuál es la calidad de vapor de agua en la línea de
suministro? Respuesta: 0.957
Válvula reguladora
Vapor
20 kg/s
Vapor de agua
2 MPa
100 kPa
120 C
FIGURA P5-67
0.1 MPa
2 kg/s
vap. sat.
FIGURA P5-59
10 kPa
x = 0.85
5-60 Entra uniformemente vapor a una turbina, con un flujo
másico de 26 kg/s y una velocidad despreciable a 6 MPa y
600 °C. El vapor sale de la turbina a 0.5 MPa y 200 °C, con
una velocidad de 180 m/s. La tasa de trabajo realizado por el
vapor en la turbina se mide como 20 MW. Si el cambio de
elevación entre la entrada y la salida de la turbina es despreciable,
determine la tasa de transferencia de calor correspondiente
a este proceso. Respuesta: 455 kW
5-61 Determine el requerimento de potencia para un compresor
que comprime helio de 150 kPa y 20 °C a 400 kPa y
200 °C. El helio entra a este compresor a través de un tubo
con sección de 0.1 m 2 a una velocidad de 15 m/s. ¿Cuál es el
aumento en la potencia de flujo durante este proceso?
Válvulas de estrangulamiento
5-62C Alguien dice, basándose en mediciones de temperatura,
que la temperatura de un fluido aumenta durante un
proceso de estrangulamiento, en una válvula bien aislada, con
fricción despreciable. ¿Cómo valora usted esa afirmación?
¿Viola este proceso alguna ley de la termodinámica?
5-63C ¿Espera usted que la temperatura del aire baje cuando
pasa por un proceso estacionario de estrangulamiento? Explique
por qué.
5-64C ¿Espera usted que cambie la temperatura de un
líquido en un proceso de estrangulamiento? Explique por qué.
5-68 Se estrangula el flujo de refrigerante 134a, de 800
kPa y 25 °C, hasta una temperatura de 20 °C.
Determine la presión y la energía interna del refrigerante en el
estado final. Respuestas: 133 kPa, 80.7 kJ/kg
5-69 Se estrangula vapor de agua a través de una válvula
bien aislada, de 8 MPa y 350 °C hasta 2 MPa. Determine la
temperatura final del vapor. Respuesta: 285 °C
5-70 Regrese al problema 5-69. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto de la presión en
la salida, del vapor de agua, sobre la temperatura de salida,
después de la estrangulación. Haga variar la presión de salida
de 6 a 1 MPa. Trace la gráfica de la temperatura de salida del
vapor de agua en función de su presión a la salida, y analice
los resultados.
5-71E Refrigerante R-134a entra a la válvula de expansión
de un sistema de refrigeración a 160 psia como líquido saturado,
y sale a 30 psia. Determine la temperatura y los cambios
de energía interna a través de la válvula.
Cámaras mezcladoras e intercambiadores de calor
5-72C Considere un proceso estacionario en una cámara
mezcladora. ¿Bajo qué condiciones la energía transportada al
volumen de control, por los flujos que entran, será igual a la
energía transportada por el flujo que sale?
5-73C En un intercambiador de calor que opera de una manera
estacionaria se manejan dos flujos distintos de fluidos.
¿Bajo qué condiciones será igual el calor perdido por un fluido
igual a la cantidad de calor ganado por el otro?
5-74C Cuando dos flujos de fluidos se mezclan en una cámara
¿puede ser la temperatura de la mezcla menor que las temperaturas
de ambos flujos? Explique por qué.