Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ENTROPÍA
7-200 Entra aire a un compresor de dos etapas a 100 kPa y
27 °C y se comprime a 625 kPa. La relación de presión a través
de cada etapa es la misma, y el aire se enfría a la temperatura
inicial entre las dos etapas. Suponiendo que el proceso de
compresión es isentrópico, determine la entrada de potencia al
compresor para un flujo másico de 0.15 kg/s. ¿Cuál sería su
respuesta si sólo se usara una etapa de compresión?
Respuestas: 27.1 kW, 31.1 kW
Compresor
de aire
(1a. etapa)
100 kPa
27 °C
Calor
P x P 625 kPa
x
27 °C
FIGURA P7-200
(2a. etapa)
7-201 Entra vapor de agua a 6 MPa y 500 °C a una turbina
adiabática de dos etapas, a razón de 15 kg/s. Diez por ciento
del vapor se extrae al final de la primera etapa a una presión
de 1.2 MPa para otro uso. El resto del vapor se expande más
en la segunda etapa y sale de la turbina a 20 kPa. Determine
la producción de potencia de la turbina, suponiendo que a) el
proceso es reversible y b) la turbina tiene una eficiencia isentrópica
de 88 por ciento.
Respuestas: a) 16 291 kW, b) 14 336 kW
6 MPa
500 °C
Turbina
de vapor
(1a. etapa)
1.2 MPa
10%
90%
FIGURA P7-201
(2a. etapa)
20 kPa
7-202 Entra vapor de agua a una turbina adiabática de dos
etapas a 8 MPa y 550 °C. Se expande en la primera etapa a una
presión de 2 MPa. Luego se recalienta el vapor a presión constante
a 550 °C antes de expandirse en una segunda etapa a una
presión de 200 kPa. La potencia de salida de la turbina es 80
MW. Suponiendo una eficiencia isentrópica de 84 por ciento
para cada etapa de la turbina, determine el flujo másico necesa-
W
rio del vapor. También muestre el proceso en un diagrama T-s
con respecto a las líneas de saturación. Respuesta: 85.8 kg/s
7-203 Refrigerante 134a a 100 kPa y 20 °C se comprime
en un compresor adiabático de 1.3 kW a un estado de salida
de 800 kPa y 60 °C. Despreciando los cambios en energías
cinética y potencial, determine a) la eficiencia isentrópica del
compresor, b) el flujo volumétrico del refrigerante a la entrada
del compresor, en L/min, y c) el flujo volumétrico máximo en
las condiciones de entrada que puede manejar este compresor
adiabático de 0.7 kW sin violar la segunda ley.
7-204 Un compresor adiabático se va a accionar por
una turbina adiabática de vapor directamente
acoplada que también está impulsando un generador. El vapor
de agua entra a la turbina a 12.5 MPa y 500 °C, a razón de
25 kg/s, y sale a 10 kPa y una calidad de 0.92. El aire entra
al compresor a 98 kPa y 295 K a razón de 10 kg/s, y sale a
1 MPa y 620 K. Determine a) la potencia neta alimentada al
generador por la turbina y b) la tasa de generación de entropía
dentro de la turbina y del compresor durante este proceso.
Compresor
de aire
98 kPa
295 K
1 MPa
620 K
12.5 MPa
500 °C
FIGURA P7-204
Turbina
de vapor
10 kPa
7-205 Reconsidere el problema 7-204. Usando software
EES (u otro), determine las eficiencias
isentrópicas para el compresor y la turbina. Luego use el EES
para estudiar cómo la variación de la eficiencia del compresor
en el rango de 0.6 a 0.8 y la eficiencia de la turbina en el
rango 0.7 a 0.95 afectan el trabajo neto para el ciclo y la
entropía generada para el proceso. Grafique el trabajo neto
como función de la eficiencia del compresor para eficiencias
de turbina de 0.7, 0.8 y 0.9, y explique sus resultados.
7-206 La explosión de un recipiente de agua caliente en una
escuela en Spencer, Oklahoma, en 1982, mató a 7 personas
e hirió a otras 33. Aunque el número de tales explosiones ha
disminuido drásticamente desde el desarrollo del Código de
Recipientes a Presión de la ASME, que exige que los recipientes
se diseñen para resistir cuatro veces la operación normal
de operación, todavía ocurren como resultado de fallas de las
válvulas de alivio de presión y de los termostatos. Cuando un
recipiente lleno de un líquido a alta presión y alta temperatura
se rompe, la caída repentina de la presión del líquido al valor
atmosférico hace que parte del líquido se vaporice instantáneamente
y por lo tanto experimente un enorme aumento de
volumen. La onda de presión resultante, que se propaga rápidamente,
puede causar daño considerable.