Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ENTROPÍA
fuga equivalente a un agujero de 3 mm de diámetro en la línea
de aire comprimido.
7-177 La energía que se usa para comprimir aire en Estados
Unidos se estima que excede 500 mil billones (0.5 10 15 ) kJ
por año. También se estima que 10 a 40 por ciento del aire
comprimido se pierde por fugas. Suponiendo, en promedio,
que se pierde 20 por ciento del aire comprimido por fugas, y
que el costo unitario de electricidad es de $0.07/kWh, determine
la cantidad y costo de la electricidad que se desperdicia
por año debido a fugas de aire.
Problemas de repaso
7-178 Una máquina térmica cuya eficiencia térmica es 40
por ciento usa un depósito caliente a 1 300 R y un depósito
frío a 500 R. Calcule el cambio de entropía de los dos depósitos
cuando se transfiere 1 Btu de calor del depósito caliente a
la máquina. ¿Esta máquina satisface el principio de incremento
de entropía? Si la eficiencia térmica de la máquina térmica se
aumenta a 70 por ciento, ¿se satisfará todavía el principio de
incremento de entropía?
7-179 Un refrigerador con un coeficiente de desempeño de
4 transfiere calor de una región fría a 20 °C a una región
caliente a 30 °C. Calcule el cambio total de entropía de las
regiones cuando se transfiere 1 kJ de calor de la región fría.
¿Se satisface la segunda ley? ¿Este refrigerador satisfará todavía
la segunda ley si su coeficiente de desempeño es 6?
7-183 Se ha sugerido que se puede enfriar aire a 100 kPa y
25 °C comprimiéndolo primero adiabáticamente en un sistema
cerrado hasta 1 000 kPa, y luego expandiéndolo adiabáticamente
de nuevo a 100 kPa. ¿Es esto posible?
7-184E ¿Se puede comprimir adiabáticamente 1 lbm de aire
a 20 psia y 100 °F en un sistema cerrado hasta 120 psia y un
volumen de 3 pies 3 ?
7-185E Un bloque de 100 lbm de un material sólido cuyo
calor específico es 0.5 Btu/lbm · R está a 70 °F. Se calienta
con 10 lbm de vapor de agua saturado que tiene una presión
constante de 14.7 psia. Determine las temperaturas finales del
bloque y del agua, y el cambio de entropía de a) el bloque, b)
el agua y c) el sistema completo. ¿Es posible este proceso?
¿Por qué?
7-186E Un kilogramo de aire está en un dispositivo de cilindro-émbolo
que puede intercambiar calor sólo con un depósito
a 300 K. Inicialmente, este aire está a 100 kPa y 27 °C.
Alguien afirma que el aire se puede comprimir a 250 kPa y
27 °C. Determine si esta afirmación es válida realizando un
análisis de la segunda ley del proceso propuesto.
Aire
100 kPa
27 °C
Calor
30 °C
FIGURA P7-186
Q H
1 kJ
R
–20 °C
FIGURA P7-179
W entrada
7-180 Calcule la razón de cambio de entropía de todos los
componentes de un refrigerador que usa 10 kW de potencia,
rechaza 14 kW de calor, y tiene un depósito de alta temperatura
a 400 K, y un depósito de baja temperatura a 200 K.
¿Cuál es la razón de enfriamiento producida por este refrigerador?
¿Este refrigerador es completamente reversible?
7-181 ¿Cuál es la energía interna mínima que puede adquirir
el R-134a cuando se le comprime adiabáticamente de 200 kPa
y calidad de 85 por ciento a 800 kPa en un sistema cerrado?
7-182 ¿Es posible enfriar y condensar R-134a hasta líquido
saturado desde 1 000 kPa y 180 °C en un sistema cerrado que
sufre un proceso isobárico reversible al intercambiar calor con
un depósito isotérmico de energía a 100 °C?
7-187 Un recipiente rígido contiene 3.2 kg de agua a 140 °C
y 400 kPa. Ahora se aplica un trabajo de eje de 48 kJ sobre el
sistema, y la temperatura final en el recipiente es de 80 °C. Si
el cambio de entropía del agua es cero y el entorno está a 15
°C, determine a) la presión final en el recipiente, b) la cantidad
de transferencia de calor entre el recipiente y el entorno, y
c) la generación de energía durante el proceso.
Respuestas: a) 47.4 kPa, b) 16.3 kJ, c) 0.565 kJ/K
7-188 Un cilindro horizontal se separa en dos compartimientos
mediante un émbolo adiabático sin fricción. Un lado contiene
0.2 m 3 de nitrógeno y el otro lado contiene 0.1 kg de
helio, ambos inicialmente a 20 °C y 95 kPa. Los lados del
émbolo y el lado del helio están aislados. Ahora se agrega
calor al lado del nitrógeno desde un depósito a 500 °C hasta
que la presión del helio aumenta a 120 kPa. Determine a) la
temperatura final del helio, b) el volumen final del nitrógeno,
c) el calor transferido al nitrógeno y d) la generación de entropía
durante este proceso.
Q
FIGURA P7-188
He
0.1 kg