Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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EXERGÍA: UNA MEDIDA DEL POTENCIAL
·
Q H
25 °C
Contenedor
700 kPa
líq. sat.
8-68E Refrigerante 22 absorbe calor de un espacio enfriado
a 50 °F cuando fluye por un evaporador de un sistema de
refrigeración. El R-22 entra al evaporador a 10 °F, a razón
de 0.08 lbm/s, con una calidad de 0.3, y sale como vapor saturado
a la misma presión. Determine a) la tasa de enfriamiento
proporcionada en Btu/h, b) la tasa de destrucción de exergía
en el evaporador y c) la eficiencia del evaporador según la
segunda ley. Considere T 0 = 77 °F. Las propiedades del R-22
a la entrada y a la salida del evaporador son h 1 107.5 Btu/
lbm, s 1 0.2851 Btu/lbm · R, h 2 172.1 Btu/lbm, s 2
0.4225 Btu/lbm · R.
R-22
T 1 = 10 °F
x 1 = 0.3
Condensador
FIGURA P8-67
Evaporador
·
Q L
50 °F
FIGURA P8-68E
R-134a
700 kPa, 50 °C
0.05 kg/s
P 2 = P 1
x 2 = 1
8-69 Un compresor comprime aire de 101 kPa y 27 °C a 400
kPa y 220 °C a razón de 0.15 kg/s. Despreciando los cambios
en energías cinética y potencial y suponiendo que el entorno
está a 25 °C, determine el suministro de potencia reversible
para este proceso. Respuesta: 24.5 kW
8-70 Reconsidere el problema 8-69. Usando software
EES (u otro), investigue el efecto de la presión
de salida del compresor sobre la potencia reversible. Varíe la
presión de salida del compresor de 200 a 600 kPa, manteniendo
la temperatura de salida a 220 °C. Grafique el suministro
de potencia reversible para este proceso como función de
la presión de salida del compresor.
8-71 ¿Cuánta exergía se pierde en un recipiente rígido lleno
con 1 kg de R-134a líquido cuya temperatura permanece
constante a 20 °C, al liberar vapor de R-134a del recipiente?
Este recipiente puede intercambiar calor con la atmósfera circundante,
que está a 100 kPa y 20 °C. El vapor se libera hasta
que desaparece lo último del líquido dentro del recipiente.
8-72E Un contenedor adiabático de 40 pies 3 está inicialmente
al vacío. La línea de suministro contiene aire que se
mantiene a 150 psia y 90 °F. La válvula se abre hasta que la
presión en el contenedor es igual a la presión en la línea de
suministro. Determine el potencial de trabajo del aire en este
contenedor cuando se llena. Tome T 0 80 °F.
Válvula
Línea de suministro
FIGURA P8-72E
8-73E ¿Cuál es el potencial de trabajo del aire en el contenedor
lleno del problema anterior si se llena de tal manera
que no solamente la presión final, sino también la temperatura
final son iguales a la presión y temperatura en la línea de
suministro? La temperatura del entorno es de 80 °F. Observe
que el contenedor no puede ser adiabático en este caso, y
puede intercambiar calor con el medio ambiente.
Respuesta: 1 110 Btu
8-74 Se expande vapor de agua, de una manera estacionaria,
en una turbina a razón de 15,000 kg/h, entrando a 8 MPa
y 450 °C, y saliendo a 50 kPa como vapor saturado. Suponiendo
que el entorno está a 100 kPa y 25 °C, determine a)
el potencial de producir potencia del vapor en las condiciones
de entrada y b) la producción de potencia de la turbina si no
hubiera irreversibilidades presentes.
Respuestas: a) 5 515 kW, b) 3 902 kW
8-75E Entra aire a un compresor en condiciones ambientes
de 15 psia y 60 °F, con una baja velocidad, y sale a 150
psia, 620 °F y 350 pies/s. El compresor se enfría por el aire
ambiente a 60 °F, a razón de 1.500 Btu/min. El suministro de
potencia en el compresor es de 400 hp. Determine a) el flujo
másico de aire y b) la porción del suministro de potencia que
se usa sólo para superar las irreversibilidades.
8-76 Entran gases calientes de combustión a la tobera de
un motor turbojet a 230 kPa, 627 °C y 60 m/s, y salen a 70
kPa y 450 °C. Suponiendo que la tobera es adiabática y que
el entorno está a 20 °C, determine a) la velocidad de salida y
b) la disminución en la exergía de los gases. Tome k 1.3 y
c p 1.15 kJ/kg · °C para los gases de combustión.
230 kPa
627 °C
60 m/s
Gases de
combustión
FIGURA P8-76
70 kPa
450 °C
8-77 Usualmente el vapor de agua se acelera en la tobera
de una turbina antes de impactar a los álabes de la turbina. El
vapor de agua entra a una tobera adiabática a 7 MPa y 500
°C, con una velocidad de 70 m/s, y sale a 5 MPa y 450 °C.