Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
5-152 Un calentador eléctrico de 110 V calienta agua a una
razón de 0.1 L/s de 18 a 30 °C. Calcule la corriente que debe
suministrársele, en amperes. Respuesta: 45.6 A
5-153 Se hierve agua a 100 °C usando una resistencia de 3
kW. Calcule la tasa de evaporación del agua.
1.6 MPa
40 °C
50 m/s
Agua
100 °C
FIGURA P5-153
FIGURA P5-155
Vapor de agua
5-154 A un tubo largo y aislado entra vapor de agua a 1,400
kPa, 350 °C y 10 m/s; sale a 1,000 kPa. El diámetro del tubo
es 0.15 m en la entrada y 0.1 m a la salida. Calcule el flujo
másico de vapor de agua y su velocidad en la salida del tubo.
5-155 El flujo de aire en un tubo de aire comprimido se
divide en dos partes iguales en una conexión te. El aire comprimido
entra a esta conexión de 2.5 cm de diámetro, a 1.6
MPa y 40 °C, con una velocidad de 50 m/s. Cada salida tiene
el mismo diámetro que la entrada, y en esas salidas la presión
del aire es 1.4 MPa y la temperatura es 36 °C. Determine
la velocidad del aire en las salidas y la rapidez de cambio de la
energía de flujo (la potencia de flujo) a través de la te.
1.4 MPa
36 °C
1.4 MPa
36 °C
5-156 A un tubo entra aire a 65 °C y 200 kPa, y sale a 60 °C
y 175 kPa. Se estima que se pierde calor del tubo, en la cantidad
de 3.3 kJ por kg de aire que pasa en el tubo. La relación de
diámetros en ese tubo es D 1 /D 2 1.4. Use calores específicos
constantes del aire para determinar su velocidad de entrada y
salida. Respuestas: 29.9 m/s, 66.1 m/s
5-157 Entra vapor a una tobera a baja velocidad a 150 °C y
200 kPa, y sale como vapor saturado a 75 kPa. Hay una transferencia
térmica de la tobera al entorno, de 26 kJ por cada
kilogramo de vapor que fluye a través de la tobera. Determine
a) la velocidad de salida del vapor y b) el flujo másico del
vapor a la entrada de la boquilla, si el área de salida de la
boquilla es de 0.001 m 2 .
5-158 En una caldera, en la cual se quema el gas natural,
hierve agua a 150 °C mientras que los gases calientes de combustión
pasan por un tubo de acero inoxidable sumergido en el
agua. Si la tasa de transferencia de calor de los gases calientes
al agua es 74 kJ/s, determine la tasa de evaporación del agua.
5-159 A un generador de vapor entra agua fría a 20 °C y sale
como vapor saturado a 200 °C. Determine la fracción de calor
que se usa en ese generador para precalentar el agua líquida,
de 20 °C hasta la temperatura de saturación de 200 °C.
5-160 A un generador de vapor entra agua fría a 20 °C y
sale como vapor saturado a la presión del generador. ¿A qué
presión la cantidad de calor necesaria para precalentar el agua
a la temperatura de saturación será igual al calor que se necesita
para evaporar el agua a la presión del generador?
5-161 Un gas ideal se expande en una turbina adiabática, de
1.200 K y 900 kPa a 700 K. Determine el flujo volumétrico
del gas, a la entrada de la turbina, en m 3 /s, necesario para que
la potencia de la turbina sea 350 kW. Los valores promedio de
los calores específicos de este gas, para el intervalo de temperaturas
involucradas, son c p 1.13 kJ/kg · K, c v 0.83 kJ/kg
· K, y el de la constante del gas es R 0.30 kJ/kg · K.
5-162 Se van a enfriar pollos, con masa promedio de 2.2
kg, y calor específico promedio de 3.54 kJ/kg · °C, con agua
helada que entra a un enfriador de inmersión a 0.5 °C, de flujo
continuo. Los pollos se dejan caer al enfriador, a la temperatura
uniforme de 15 °C y a una razón de 500 por hora, y se enfrían
hasta una temperatura promedio de 3 °C cuando se sacan; el
enfriador gana calor de los alrededores a la tasa de 200 kJ/h.
Determine a) la tasa de eliminación de calor de los pollos, en
kW, y b) el flujo másico, en kg/s, si el aumento de temperatura
del agua no debe ser mayor de 2 °C.
5-163 Repita el problema 5-162, suponiendo que es despreciable
la ganancia de calor del enfriador.
5-164 En una fábrica de lácteos se pasteuriza leche, inicialmente
a 4 °C, en forma continua, a 72 °C, con un flujo
de 20 L/s durante 24 h por día y 365 días por año. La leche
se calienta hasta la temperatura de pasteurización, con agua
caliente, calentada en una caldera de gas natural, cuya eficiencia
es 90 por ciento. A continuación, la leche pasteurizada
es enfriada con agua fría a 18 °C, antes de ser refrigerada de
nuevo a 4 °C. Para ahorrar energía y costos, la planta instala
un regenerador, cuya eficacia es 82 por ciento. Si el costo del
gas natural es 1.10 dólares por termia (1 termia 105,500
kJ), determine cuánta energía y dinero ahorrará el regenerador
a la empresa, por año.
72 °C
Calor
(sección de
pasteurización)
72 °C
Leche caliente
Regenerador
FIGURA P5-164
4 °C
Leche
fría