Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
5-192 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente
2 kg de refrigerante 134a a 800 kPa y 80 °C. En este
estado, el émbolo toca dos topes en la parte superior del cilindro.
La masa del émbolo es tal que se necesita una presión de
500 kPa para moverlo. Se abre una válvula en el fondo del
cilindro y sale poco a poco R-134a del cilindro. Después de
un tiempo, se observa que el émbolo se mueve, y la válvula
se cierra cuando sale la mitad del refrigerante del cilindro y
la temperatura del refrigerante cae a 20 °C. Determine a) el
trabajo realizado y b) la transferencia de calor.
Respuestas: a) 11.6 kJ, b) 60.7 kJ
5-193 La bomba de un sistema de distribución de agua está
accionada por un motor eléctrico de 6 kW cuya eficiencia es
95 por ciento. El flujo de agua por la bomba es 18 L/s. Los
diámetros de los tubos de entrada y salida son iguales, y la
diferencia de elevación a través de la bomba es despreciable.
Si las presiones en la entrada y salida de la bomba son 100
kPa y 300 kPa (absolutas), respectivamente, determine a) la
eficiencia mecánica de la bomba y b) la elevación de temperatura
del agua cuando fluye por la bomba debido a la ineficiencia
mecánica. Respuestas: a) 63.2 por ciento, b) 0.028 °C
300 kPa
100 kPa
Agua
18 L/s
2
⋅
W bomba
1
h motor = 95%
Motor
6 kW
20 °C Tanque
T 1 = 80 °C
T 2 = 60 °C
m·
20 °C
0.06 kg/s
Cámara
mezcladora
FIGURA P5-194
T mezcla
5-195 El turbocargador de un motor de combustión interna
consiste en una turbina y un compresor. Los gases de escape
calientes fluyen por la turbina para producir trabajo, y el trabajo
que produce la turbina se usa como trabajo de entrada al
compresor. La presión del aire ambiente se aumenta cuando
fluye por el compresor antes de entrar a los cilindros del
motor. Así, el propósito de un turbocargador es aumentar la
presión del aire de modo que entre más aire en el cilindro. En
consecuencia, se puede quemar más combustible y el motor
puede producir más potencia.
En un turbocargador, los gases de escape entran a la turbina
a 400 °C y 120 kPa a razón de 0.02 kg/s y salen a 350 °C. El
aire entra al compresor a 50 °C y 100 kPa y sale a 130 kPa a
razón de 0.018 kg/s. El compresor aumenta la presión del aire
con un efecto lateral: también aumenta la temperatura del
aire, lo cual incrementa la posibilidad de que un motor de
gasolina sufra cascabeleo. Para evitar esto, se coloca un posenfriador
después del compresor, para enfriar el aire caliente
mediante aire ambiente antes de que entre a los cilindros del
FIGURA P5-193
350 °C
50 °C
100 kPa
Aire
5-194 Las necesidades de agua caliente en una vivienda se
satisfacen con un calentador de 60 L, cuyas resistencias eléctricas
tienen potencia de 1.6 kW. El tanque de agua caliente está
lleno inicialmente con esa agua a 80 °C. Alguien toma un baño
de regadera, mezclando un flujo constante de agua caliente del
tanque con el flujo de 0.06 kg/s de agua fría a 20 °C. Después
de 8 min de funcionar la regadera, se mide la temperatura en
el tanque y resulta 60 °C. El calentador permaneció encendido
durante el baño, y el agua caliente que se extrajo del tanque se
repone con agua fría, con el mismo flujo. Determine el flujo
másico de agua caliente que se extrajo del tanque durante el
baño y la temperatura promedio de la mezcla de agua que se usó
en la regadera.
Gases
de escape
400 °C
120 kPa
Turbina
30 °C
Aire frío
Compresor
FIGURA P5-195
Posenfriador
130 kPa
40 °C