Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 8
8-115 Considere un cilindro horizontal bien aislado que
está dividido en dos compartimientos por un émbolo libre
de moverse pero el cual no permite que ninguno de los dos
gases se infiltre al otro lado. Inicialmente, un lado del émbolo
contiene 1 m 3 de gas N 2 a 500 kPa y 80 °C, mientras el otro
lado contiene 1 m 3 de gas He a 500 kPa y 25 °C. Ahora se
establece el equilibrio térmico en el cilindro como resultado
de la transferencia de calor a través del émbolo. Usando calores
específicos a temperatura ambiente, determine a) la temperatura
final de equilibrio en el cilindro y b) el potencial de
trabajo desperdiciado durante este proceso. ¿Cuál sería su respuesta
si el émbolo no tuviera libertad de movimiento? Tome
T 0 25 °C
N 2
1 m 3
500 kPa
80 °C
He
1 m 3
500 kPa
25 °C
FIGURA P8-115
8-116 Repita el problema 8-115 suponiendo que el pistón
está hecho de 5 kg de cobre, inicialmente a la temperatura
promedio de los dos gases en ambos lados.
8-117E Entra gas argón a una turbina adiabática a 1 500 °F
y 200 psia a razón de 40 lbm/min, y sale a 30 psia. Si la producción
de potencia de la turbina es de 95 hp, determine a) la
eficiencia isentrópica y b) la eficiencia según segunda ley de
la turbina. Suponga que el entorno está a 77 °F.
8-118 En las grandes plantas termoeléctricas, el agua
de alimentación se calienta a menudo en calentadores
de tipo cerrado que son básicamente intercambiadores
de calor, mediante vapor de agua extraído en alguna etapa de
la turbina. El vapor de agua entra al calentador de agua de
alimentación a 1.6 MPa y 250 °C, y sale como líquido saturado
a la misma presión. El agua de alimentación entra al
calentador a 4 MPa y 30 °C, y sale 10 °C por debajo de la
temperatura de salida del vapor. Despreciando cualquier pérdida
de calor de la superficie exterior del calentador, determine
a) la relación de los flujos másicos del vapor extraído y
el agua de alimentación calentada, y b) el trabajo reversible
para este proceso por unidad de masa del agua de alimentación.
Suponga que el entorno está a 25 °C.
Respuestas: a) 0.333, b) 110 kJ/kg
8-119 Reconsidere el problema 8-118. Usando el software
EES (u otro), investigue el efecto del vapor
de agua a la entrada del calentador de agua de alimentación
sobre la relación de flujos másicos y potencia reversible. Varíe
la presión de extracción del vapor entre 200 y 2 000 kPa.
Trace tanto las relaciones de flujos másicos de vapor extraído
y de agua de alimentación del calentador, como el trabajo
reversible para este proceso por unidad de masa de agua de
alimentación como funciones de la presión de extracción.
8-120 Para enfriar 1 tonelada de agua a 20 °C en un recipiente
aislado, una persona vierte 80 kg de hielo a 5 °C en
el agua. Determine a) la temperatura final de equilibrio en el
recipiente y b) la exergía destruida durante este proceso. La
temperatura de fusión y el calor latente de fusión del hielo a
presión atmosférica son 0 °C y 333.7 kJ/kg, respectivamente.
Tome T 0 20 °C.
8-121 Una tonelada de agua líquida a 65 °C se introduce
a un cuarto bien aislado y bien sellado de 3 m 4 m 7
m de dimensiones, que inicialmente está a 16 °C y 100 kPa.
Suponiendo calores específicos constantes tanto para el aire
como para el agua a la temperatura ambiente, determine a) la
temperatura final de equilibrio en el cuarto, b) la destrucción
de exergía y c) la cantidad máxima de trabajo que se puede
producir durante este proceso, en kJ. Tome T 0 10 °C.
8-122 Considere una botella rígida de 12 L al vacío, rodeada
por la atmósfera a 100 kPa y 17 °C. Ahora se abre una válvula
en el cuello de la botella y se deja entrar aire a la botella. El
aire atrapado en la botella llega finalmente al equilibrio térmico
con la atmósfera como resultado de la transferencia de
calor a través de la pared de la botella. La válvula permanece
abierta durante el proceso de modo que el aire atrapado también
llega al equilibrio mecánico con la atmósfera. Determine
la transferencia neta de calor a través de la pared de la botella
y la exergía destruida durante este proceso de llenado.
Vapor de agua
de la turbina
1.6 MPa
250 °C
Agua de
alimentación
4 MPa
30 °C
12 L
Al vacío
100 kPa
17 °C
FIGURA P8-122
FIGURA P8-118
Líquido sat.
8-123 Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción, que
se muestra en la figura P8-123, contiene inicialmente 0.01 m 3
de gas argón a 400 K y 350 kPa. Se transfiere calor al argón
desde un horno a 1 200 K, y el argón se expande isotérmi-