Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 7
7-149E Agua a 20 psia y 50 °F entra a una cámara de mezclado
a razón de 300 lbm/min. En la cámara se mezcla uniformemente
con vapor que entra a 20 psia y 240 °F. La mezcla
sale de la cámara a 20 psia y 130 °F, y se pierde calor al aire
circundante a 70 °F, a razón de 180 Btu/min. Despreciando
los cambios en energías cinética y potencial, determine la tasa
de generación de entropía durante este proceso.
T 1 = 50 °F
300 lbm/min
T 2 = 240 °F
7-150E Se va a condensar vapor por el lado de coraza de
un intercambiador de calor a 120 °F. Entra agua de enfriamiento
a los tubos a 60 °F a razón de 92 lbm/s, y sale a 73 °F.
Suponiendo que el intercambiador de calor está bien aislado,
determine a) la razón de transferencia térmica en el intercambiador
de calor, y b) la razón de generación de entropía en el
intercambiador de calor.
7-151 En una planta de productos lácteos, se pasteuriza leche
que entra a 4 °C, a 72 °C, con un gasto de 12 L/s, durante
24 horas al día y 365 días por año. La leche se calienta a la
temperatura de pasteurización mediante agua calentada en una
caldera con quemador de gas natural que tiene una eficiencia
de 82 por ciento. La leche pasteurizada se enfría luego
mediante agua fría a 18 °C antes de refrigerarla finalmente a 4
°C. Para ahorrar energía y dinero, la planta instala un regenerador
que tiene una eficiencia de 82 por ciento. Si el costo del
gas natural es de $1.04/termia (1 termia = 105 500 kJ), determine
cuánta energía y cuánto dinero ahorrará el regenerador a
esta empresa por año, y la reducción anual en generación de
entropía.
72 °C
180 Btu/min
Cámara
mezcladora
P = 20 psia T 3 = 130 °F
FIGURA P7-149E
72 °C
Leche caliente
850 °C antes del templado, determine a) la tasa de transferencia
de calor de las bolas al aire y b) la tasa de generación de
entropía debida a pérdida de calor de las bolas al aire.
7-153 Un huevo ordinario se puede aproximar a una esfera
de 5.5 cm de diámetro. El huevo está inicialmente a una temperatura
uniforme de 8 °C, y se pone en agua hirviendo a 97 °C.
Tomando las propiedades del huevo como r 1 020 kg/m 3 y
c p 3.32 kJ/kg · °C, determine a) cuánto calor se transmite al
huevo en el tiempo en que la temperatura promedio del huevo
sube a 70 °C y b) la cantidad de generación de entropía asociada
con este proceso de transferencia térmica.
Agua
hirviente
Huevo
T i = 8 °C
97 °C
FIGURA P7-153
7-154 Largas varillas cilíndricas de acero (r 7 833 kg/m 3
y c p 0.465 kJ/kg · °C), de 10 cm de diámetro, se someten
a un tratamiento térmico haciéndolas pasar a una velocidad de
3 m/min por un horno de 7 m de longitud que se mantiene a
900 °C. Si las varillas entran al horno a 30 °C, y salen a 700 °C,
determine a) la tasa de transferencia de calor a las varillas en
el horno y b) la tasa de generación de entropía asociada con
este proceso de transferencia térmica.
Horno
Acero
inoxidable, 30 °C
7 m
900°C
3 m/min
Calor
(Sección de
pasteurización)
Regenerador
FIGURA P7-151
4 °C
Leche
fría
7-152 Bolas de acero inoxidable de rodamiento (r 8 085
kg/m 3 y c p 0.480 kJ/kg · °C) que tienen un diámetro de 1.8
cm, se van a templar en agua a razón de 1 100 por minuto.
Las bolas salen del horno a una temperatura uniforme de
900 °C y se exponen al aire a 20 °C durante un tiempo antes
de echarlas en el agua. Si la temperatura de las bolas cae a
FIGURA P7-154
7-155 Las superficies interna y externa de una pared de
ladrillo de 3 m 8 m con espesor de 20 cm se mantienen a
temperaturas de 20 °C y 2 °C, respectivamente. Si la tasa de
transferencia térmica a través de la pared es de 1 560 W, determine
la tasa de generación de entropía dentro de la pared.
7-156 Para propósitos de transferencia térmica, un hombre
de pie se puede modelar como un cilindro vertical de 30 cm
de diámetro, 170 cm de longitud, con las superficies superior
e inferior aisladas, y con la superficie lateral a una temperatura
promedio de 34 °C. Si la tasa de pérdida de calor de
este hombre al entorno a 20 °C es 336 W, determine la tasa