Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 8
1
Compresor
2
Recipiente de
almacenamiento
8-130 El aire almacenado en el recipiente del problema anterior
se libera ahora a través de la turbina isentrópica hasta que
el contenido del recipiente está a 100 kPa y 20 °C. La presión
siempre es de 100 kPa a la salida de la turbina, y todos los
intercambios de calor son con el aire del entorno, que está a
20 °C. ¿Cómo se compara el trabajo total producido por la
turbina con el cambio en el potencial de trabajo del aire en el
recipiente de almacenamiento?
8-131 Un recipiente de volumen constante tiene una temperatura
de 600 K y un dispositivo de presión constante tiene una
temperatura de 280 K. Tanto el recipiente como el dispositivo
se llenan con 40 kg de aire. Una máquina térmica colocada
entre el recipiente y el dispositivo recibe calor del recipiente
de alta temperatura, produce trabajo y rechaza calor al dispositivo
de baja temperatura. Determine el trabajo máximo que
puede producir la máquina térmica y la temperatura final del
recipiente y del dispositivo. Suponga calores específicos constantes
a la temperatura ambiente.
8-132E En una planta de manufactura, placas de latón cuadradas,
de 2 pies 2 pies de dimensiones y 1.2 pulgadas de
espesor (r 532.5 lbm/pie 3 y c p 0.091 Btu/lbm · °F), que
inicialmente están a una temperatura uniforme de 75 °F, se
calientan pasándolas por un horno a 1.300 °F a razón de 300
por minuto. Si las placas permanecen en el horno hasta que
su temperatura promedio sube a 1.000 °F, determine la tasa
de transferencia de calor a las placas en el horno y la tasa de
destrucción de exergía asociada con este proceso de transferencia
de calor.
3
FIGURA P8-129
Horno, 1 300 °F
Turbina
4
8-133 Varillas cilíndricas largas de acero (r 7.833 kg/m 3
y c p 0.465 kJ/kg · °C) de 10 cm de diámetro, se someten a
tratamiento térmico haciéndolas pasar a una velocidad de 3 m/
min por un horno de 6 m de longitud que se mantiene a 900
°C. Si las varillas entran al horno a 30 °C y salen a 700 °C,
determine a) la tasa de transferencia de calor a las varillas en
el horno y b) la tasa de destrucción de exergía asociada con
este proceso de transferencia de calor. Tome T 0 25 °C.
8-134 Un intercambiador de calor bien aislado debe calentar
agua (c p 4.18 kJ/kg · °C) de 25 °C a 60 °C a razón de 0.4
kg/s. El calentamiento se debe hacer mediante agua geotérmica
(c p 4.31 kJ/kg · °C), disponible a 140 °C a un flujo
másico de 0.3 kg/s. El tubo interior es de pared delgada y
tiene un diámetro de 0.6 cm. Determine a) la tasa de transferencia
de calor, y b) la tasa de destrucción de exergía en el
intercambiador de calor.
Agua
geotérmica
140 °C
60 °C
FIGURA P8-134
Agua
25 °C
8-135 En una planta de productos lácteos, se pasteuriza
continuamente a 72 °C leche que originalmente está a 4 °C, a
razón de 12 L/s, 24 h/día, 365 días/año. La leche se calienta
a la temperatura de pasteurización mediante agua caliente que se
calienta en una caldera con quemador de gas natural que tiene
una eficiencia de 82 por ciento. La leche pasteurizada se
enfría luego mediante agua fría a 18 °C antes de refrigerarla
finalmente hasta su temperatura inicial de 4 °C. Para ahorrar
energía y dinero, la planta instala un regenerador que
tiene una efectividad de 82 por ciento. Si el costo del gas
natural es $1.04/termia (1 termia 105,500 kJ), determine
cuánta energía y cuánto dinero ahorraría el regenerador para
esta empresa por año, y la reducción anual en destrucción de
exergía.
8-136 Entran gases de combustión a una turbina de gas a 627
°C y 1.2 MPa a razón de 2.5 kg/s, y salen a 527 °C y 500 kPa.
Gases de combustión
627 °C
1.2 MPa
1.2 pulg
Turbina
Q .
Placa de
latón, 75 °F
FIGURA P8-132E
527 °C
500 kPa
FIGURA P8-136