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Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

Book of thermodynamic

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL

8-46 Un bloque de 50 kg de hierro y un bloque de cobre

de 20 kg, ambos inicialmente a 80 °C, se arrojan a un lago

grande a 15 °C. Se establece el equilibrio térmico después de

un tiempo, como resultado de la transferencia térmica entre

los bloques y el agua del lago. Suponiendo que el entorno está

a 20 °C, determine la cantidad de trabajo que pudo haberse

producido si todo el proceso se hubiera ejecutado de manera

reversible.

8-47E Un recipiente rígido de 12 pies 3 contiene refrigerante

134a a 40 psia y calidad de 55 por ciento. Ahora se transfiere

calor al refrigerante desde una fuente a 120 °F hasta que la presión

se eleva a 60 psia. Suponiendo que el entorno está a 75 °F,

determine a) la cantidad de calor transferido entre la fuente y el

refrigerante, y b) la exergía destruida durante este proceso.

8-48 Se están enfriando pollos, con masa promedio de 1.6 kg

y calor específico promedio de 3.54 kJ/kg · °C, mediante agua

fría que entra a un enfriador de inmersión de flujo continuo

a 0.5 °C y sale a 2.5 °C. Los pollos se echan en el enfriador

a una temperatura uniforme de 15 °C, a razón de 700 pollos

por hora, y se enfrían a una temperatura promedio de 3 °C

antes de sacarlos. El enfriador gana calor del entorno a razón

de 400 kJ/h. Determine a) la tasa de remoción de calor de los

pollos, en kW, y b) la tasa de destrucción de exergía durante

el proceso de enfriamiento. Considere T 0 25 °C.

8-49 Se recuecen bolas de acero al carbono (r 7.833 kg/m 3

y c p 0.465 kJ/kg · °C) de 8 mm de diámetro, calentándolas

primero a 900 °C en un horno y luego dejándolas enfriar

lentamente hasta 100 °C al aire ambiente a 35 °C. Si se van a

recocer 1.200 bolas por hora, determine a) la tasa de transferencia

térmica de las bolas al aire y b) la tasa de destrucción

de exergía debida a pérdida de calor de las bolas al aire.

Respuestas: a) 260 W, b) 146 W

Horno

Aire, 35 °C

Bolas de

900 °C acero 100 °C

FIGURA P8-49

8-50 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente

0.75 kg de refrigerante 134a a 120 kPa y 20 °C. Ahora

se transfiere calor de 150 °C desde una fuente al refrigerante, y

el émbolo, que descansa en un conjunto de topes, se comienza

a mover cuando la presión interior llega a 140 kPa. La trans-

ferencia de calor continúa hasta que la temperatura llega a 90

°C. Suponiendo que el entorno está a 25 °C y 100 kPa, determine

a) el trabajo realizado, b) la transferencia de calor, c) la

exergía destruida y d) la eficiencia según la segunda ley de

este proceso.

Respuestas: a) 1.53 kJ, b) 44.2 kJ, c) 8.94 kJ y d) 31.6 por ciento

8-51 Un recipiente de 0.04 m 3 contiene inicialmente aire a

condiciones ambientes de 100 kPa y 22 °C. Ahora se coloca

dentro del recipiente otro recipiente de 15 litros que contiene

agua líquida a 85 °C, sin que escape aire. Después de algo

de transferencia de calor del agua al aire y al entorno, se

mide la temperatura tanto del aire como del agua y se ve que

es de 44 °C. Determine a) la cantidad de pérdida de calor al

entorno y b) la destrucción de exergía durante este proceso.

Aire, 22 °C

Agua

85 °C

15 L

FIGURA P8-51

Análisis de exergía de volúmenes de control

8-52 Entra refrigerante 134a a una válvula de expansión a

1 200 kPa como líquido saturado y sale a 200 kPa. Determine

a) la temperatura del R-134a a la salida de la válvula

de expansión y b) la generación de entropía y la destrucción de

exergía durante este proceso. Considere T 0 = 25 °C.

8-53 Se expande helio en una turbina de 1 500 kPa y 300 °C

a 100 kPa y 25 °C. Determine el trabajo máximo que puede

producir esta turbina, en kJ/kg. ¿El trabajo máximo necesita

una turbina adiabática?

8-54 Un compresor de 8 kW comprime aire, de una

manera estacionaria, de 100 kPa y 17 °C a 600

kPa y 167 °C, a razón de 2.1 kg/min. Despreciando los cambios

en energías cinética y potencial, determine a) el aumento

en la exergía del aire y b) la tasa de destrucción de exergía

durante este proceso. Suponga que el entorno está a 17 °C.

600 kPa

167 °C

Q

Aire

R-134a

0.75 kg

120 kPa

20 °C

Q

100 kPa

17 °C

8 kW

FIGURA P8-50

FIGURA P8-54

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