Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 5
Problemas de diseño y pruebas
5-219 Unos martillos neumáticos para clavos que se usan en
la construcción necesitan 0.02 pies 3 de aire a 100 psia y 1 Btu
de energía para clavar un solo clavo. Se le ha asignado la tarea
de diseñar un tanque de almacenamiento de aire comprimido
con suficiente capacidad para clavar 500 clavos. La presión
en este tanque no puede exceder 500 psia, y la temperatura no
puede exceder la que normalmente se encuentra en un sitio de
construcción. ¿Cuál es la presión máxima que se debe usar en
el tanque y cuál es el volumen del tanque?
5-220 Se le ha asignado la responsabilidad de elegir una
turbina de vapor para una planta de generación eléctrica que
debe producir 300 MW de potencia eléctrica que se venderá
a $0.05 por kilowatt-hora. La caldera producirá vapor
a 700 psia y 700 °F, y el condensador se planea para operar a
80 °F. El costo de generar y condensar el vapor es $0.01
por kilowatt-hora de electricidad producida. Usted ha restringido
su selección a las tres turbinas de la siguiente tabla.
Su criterio de selección es recuperar el costo del equipo tan
pronto como sea posible. ¿Cuál turbina debe elegir?
Costo de
Capacidad Costo operación
Turbina (MW) h ($ millones) ($/kWh)
A 050 0.90 05.5 0.015
B 100 0.92 11.5 0.015
C 100 0.93 10.5 0.015
5-221E Usted debe diseñar un pequeño cohete de control
direccional para operar en el espacio dando hasta 100 descargas
de 5 segundos cada uno con un flujo másico de 0.5 lbm/s a una
velocidad de 400 pies/s. Hay disponibles tanques de almacenamiento
que pueden soportar hasta 3.000 psia, y los tanques se
ubicarán en un ambiente cuya temperatura es de 40 °F. Su criterio
de diseño es minimizar el volumen del tanque de almacenamiento.
¿Debe usted usar un sistema de aire comprimido
o de R-134a?
5-222 Un cañón de aire usa aire comprimido para impulsar
un proyectil desde el reposo hasta su velocidad final. Considere
un cañón de aire que debe acelerar un proyectil de 10
gramos hasta una rapidez de 300 m/s usando aire comprimido,
cuya temperatura no puede exceder 20 °C. El volumen del tanque
de almacenamiento no debe ser mayor de 0.1 m 3 . Seleccione
el tamaño del volumen de almacenamiento y la presión
máxima de almacenamiento que necesita la cantidad mínima
de energía para llenar el tanque.
5-223 Para mantener la altitud, la temperatura del aire dentro
de un globo de aire caliente debe conservarse dentro de un
intervalo de 1 °C de amplitud, mientras que el volumen no
puede variar en más de 1%. A una altitud de 300 m, el aire en
un globo de aire caliente de 1 000 m 3 necesita mantener una
temperatura promedio de 35 °C. El globo pierde calor a razón
de 3 kW a través de la tela. Cuando se activa el quemador,
agrega al globo 30 kg de aire a 200 °C y 100 kPa. Cuando se
abre la tapa que deja escapar aire, éste sale del globo a razón
de 20 kg/s. Diseñe los ciclos de control del quemador y de la
tapa de escape (tiempo en operación y tiempo fuera de operación)
para mantener el globo a 300 m de altitud.