Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 8
Suponiendo que el entorno está a 25 °C, determine a) la velocidad
de salida del vapor, b) la eficiencia isentrópica y c) la
exergía destruida dentro de la tobera.
8-78 Aire ambiente a 100 kPa y 300 K se comprime isentrópicamente
en un dispositivo de flujo estacionario hasta 1 MPa.
Determine a) el suministro de trabajo al compresor, b) la exergía
del aire a la salida del compresor y c) la exergía del aire
comprimido después de que se ha enfriado a 300 K a una presión
de 1 MPa.
8-79 Un recipiente rígido de 0.1 m 3 contiene inicialmente
refrigerante 134a a 1.2 MPa y calidad de 100 por ciento. El
recipiente está conectado por una válvula a una línea de suministro
que lleva refrigerante 134a a 1.6 MPa y 30 °C. La válvula
se abre ahora para permitir que el refrigerante entre al
tanque, y se cierra cuando el recipiente contiene sólo líquido
saturado a 1.4 MPa. El refrigerante intercambia calor con su
entorno a 45 °C y 100 kPa durante este proceso. Determine a)
la masa del refrigerante que entró al recipiente y b) la exergía
destruida durante este proceso.
8-80 Un recipiente rígido de 0.6 m 3 se llena con agua líquida
saturada a 170 °C. Ahora se abre una válvula en el fondo del
recipiente y se saca la mitad de la masa total del recipiente en
fase líquida. Se transfiere calor al agua desde una fuente a 210
°C, de modo que la temperatura en el recipiente permanece
constante. Determine a) la cantidad de transferencia de calor
y b) el trabajo reversible y la destrucción de exergía para este
proceso. Suponga que el entorno está a 25 °C y 100 kPa.
Respuestas: a) 2.545 kJ, b) 141.2 kJ, 141.2 kJ
8-81E Un recipiente rígido aislado de 260 pies 3 contiene
aire a 40 psia y 180 °F. Se abre una válvula conectada al recipiente
y se permite que escape aire hasta que la presión interior
cae a 20 psia. La temperatura del aire durante este proceso
se mantiene constante mediante un calentador eléctrico de
resistencia colocado en el recipiente. Determine a) el trabajo
eléctrico realizado durante este proceso y b) la destrucción de
exergía. Suponga que el entorno está a 70 °F.
Respuestas: a) 962 Btu, b) 782 Btu
8-82 Un dispositivo vertical de cilindro-émbolo contiene inicialmente
0.1 m 3 de helio a 20 °C. La masa del émbolo es tal
que mantiene una presión interior constante de 300 kPa. Se
abre ahora una válvula y se permite que escape helio hasta
que el volumen interior del cilindro disminuye a la mitad. Hay
transferencia de calor entre el helio y su entorno a 20 °C y
95 kPa, de modo que la temperatura del helio en el cilindro
permanece constante. Determine a) el potencial de trabajo
máximo del helio en el estado inicial, y b) la exergía destruida
durante este proceso.
Helio
0.1 m 3
20 °C
300 kPa
Entorno
20 °C
95 kPa
Q
FIGURA P8-82
8-83 Un recipiente rígido de 0.2 m 3 contiene inicialmente
vapor saturado de refrigerante 134a a 1 MPa. El recipiente
está conectado por una válvula a una línea de suministro que
lleva refrigerante 134a a 1.4 MPa y 60 °C. Ahora se abre la
válvula para permitir que el refrigerante entre al recipiente.
La válvula se cierra cuando la mitad del volumen del recipiente
está lleno de líquido y el resto de vapor a 1.2 MPa. El refrigerante
intercambia calor durante este proceso con el entorno a
25 °C. Determine a) la cantidad de transferencia de calor y b)
la destrucción de exergía asociada con este proceso.
8-84 Un dispositivo vertical aislado de cilindro-émbolo contiene
inicialmente 15 kg de agua, de los cuales 13 kg están en
fase de vapor. La masa del émbolo es tal que mantiene una
presión constante de 300 kPa dentro del cilindro. Ahora se
permite que entre vapor a 2 MPa y 400 °C al cilindro desde
una línea de suministro hasta que todo el líquido en el cilindro
esté vaporizado. Suponiendo que el entorno esté a 25 °C y
100 kPa, determine a) la cantidad de vapor que ha entrado y
b) la exergía destruida durante este proceso.
Respuestas: a) 8.27 kg, b) 2 832 kJ
8-85 Considere una familia de cuatro de la que cada miembro
toma una ducha de seis minutos cada mañana. El flujo
promedio a través de la regadera es 10 L/min. El agua municipal
a 15 °C se calienta a 55 °C en un calentador eléctrico
de agua y se templa a 42 °C mediante agua fría mezclándose
con ella en la unión de tuberías de forma de una T antes de
dirigirse a la regadera. Determine la cantidad de exergía que
esta familia destruye por año como resultado de sus duchas
diarias. Tome T 0 25 °C.
8-86 Agua líquida a 200 kPa y 15 °C se calienta en una
cámara mezclándola con vapor sobrecalentado a 200 kPa y
200 °C. El agua líquida entra a la cámara mezcladora a razón
de 4 kg/s, y se estima que la cámara pierde calor al aire circundante
a 25 °C a razón de 600 kJ/min. Si la mezcla sale de
la cámara mezcladora a 200 kPa y 80 °C, determine a) el flujo
másico del vapor sobrecalentado y b) el potencial de trabajo
desperdiciado durante este proceso de mezclado.
15 °C
4 kg/s
200 °C
600 kJ/min
Cámara
mezcladora
200 kPa
FIGURA P8-86
80 °C
8-87 Aire exterior (c p 1.005 kJ/kg · °C) se va a precalentar
mediante gases calientes de escape en un intercambiador
de calor de flujo cruzado antes de que entre al horno. El aire
entra al intercambiador de calor a 101 kPa y 30 °C a razón
de 0.5 m 3 /s. Los gases de combustión (c p 1.10 kJ/kg · °C)
entran a 240 °C a razón de 1.1 kg/s y salen a 190 °C. Determine
la tasa de transferencia de calor al aire y la tasa de destrucción
de exergía en el intercambiador de calor.