• Author / Uploaded
• arturo

Citation preview

1.- Se comprime aire mediante un compresor de 30 kW, de P 1 a P2. La temperatura del aire se mantiene constante a 25 °C durante este proceso, como resultado de la transferencia térmica al entorno a 17 °C. Determine la tasa de cambio de entropía del aire.

2.- Durante el proceso isotérmico de rechazo de calor en un ciclo Carnot, el fluido de trabajo experimenta un cambio de entropía de -0.7 Btu/R. Si la temperatura del sumidero térmico es de 95 °F, determine a) la cantidad de transferencia de calor, b) cambio de entropía del sumidero y c) el cambio total de entropía para este proceso.

3.- Un dispositivo aislado de cilindro-émbolo contiene 5 L de agua líquida saturada a una presión constante de 150 kPa. Un calentador de resistencia eléctrica dentro del cilindro se enciende ahora y se transfiere una energía de 2 200 kJ al agua. Determine el cambio de entropía del agua durante este proceso. 4.- Se expande isentrópicamente refrigerante R-134a desde 800 kPa y 60 °C a la entrada de una turbina de flujo uniforme hasta 100 kPa a la salida. El área de salida es 1 m 2 y el área de entrada es 0.5 m2. Calcule las velocidades de entrada y salida cuando el flujo másico es 0.5 kg/s. 5.- Refrigerante 134a a 240 kPa y 20 °C sufre un proceso isotérmico en un sistema cerrado hasta que su calidad es 20 por ciento. Determine, por unidad de masa, cuánto trabajo y transferencia de calor se necesitan.

6.- Una turbina de vapor isentrópica procesa 5 kg/s de vapor de agua a 4 MPa, la mayor parte del cual sale de la turbina a 50 kPa y 100 °C. A 700 kPa, 5 por ciento de flujo de la turbina se desvía para calentar el agua de alimentación. Determine la potencia que produce esta turbina, en kW.

7.- Entra refrigerante R-134a a una turbina de flujo uniforme, adiabática, como vapor saturado a 1 200 kPa, y se expande a 100 kPa. La potencia producida por la turbina se determina como 100 kW cuando el proceso también es reversible. a) Trace el diagrama T-s con respecto a las líneas de saturación para este proceso. b) Determine el flujo volumétrico del refrigerante R-134a a la salida de la turbina, en m 3/s. 8.- Entra vapor a una boquilla adiabática de flujo uniforme con una baja velocidad de entrada como vapor saturado a 6 MPa, y se expande a 1.2 MPa. a) Bajo la condición de que la velocidad de salida debe tener el valor máximo posible, trace el diagrama T-s con respecto a las líneas de saturación para este proceso. b) Determine la velocidad máxima de salida del vapor, en m/s. 8.- Un bloque de aluminio de 30 kg inicialmente a 140 °C se pone en contacto con un bloque de 40 kg de hierro a 60 °C en un contenedor aislado. Determine la temperatura final de equilibrio y el cambio total de entropía para este proceso. 9.- Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.75 kg de gas nitrógeno a 140 kPa y 37 °C. El gas se comprime ahora lentamente en un proceso politrópico durante el cual PV 1.3 = constante. El proceso termina cuando el volumen se reduce a la mitad. Determine el cambio de entropía del nitrógeno durante este proceso. 10.- Se comprime aire en un compresor isentrópico, de 15 psia y 70 °F a 200 psia. Determine la temperatura de salida y el trabajo consumido por este compresor por unidad de masa del aire.

12.- Un recipiente aislado rígido está dividido en dos partes iguales por una mampara. Inicialmente, una parte contiene 5 kmol de un gas ideal a 250 kPa y 40 °C, y el otro lado está al vacío. Ahora se quita la mampara y el gas llena todo el tanque. Determine el cambio total de entropía durante este proceso. 13.- Se comprime aire en un dispositivo de cilindro-émbolo, de 90 kPa y 22 °C a 900 kPa, en un proceso reversible adiabático. Determine la temperatura final y el trabajo realizado durante este proceso, suponiendo para el aire a) calores específicos constantes y b) calores específicos variables. 14.- Un recipiente rígido aislado contiene 4 kg de gas argón a 450 kPa y 30 °C. Se abre ahora una válvula y se permite escapar argón hasta que la presión interna cae a 200 kPa. Suponiendo que el argón que queda dentro del recipiente ha sufrido un proceso reversible adiabático, determine la masa final en el recipiente.

15.- Un dispositivo de émbolo-cilindro contiene aire a 427 °C y 600 kPa. El aire se expande adiabáticamente hasta que la presión es de 100 kPa. Determine la masa de aire necesaria para producir un trabajo máximo de 1 000 kJ. Suponga que el aire tiene calores específicos constantes evaluados a 300 K 16.- Entra agua líquida a una bomba de 25 kW a una presión de 100 kPa, a razón de 5 kg/s. Determine la presión máxima que puede tener el agua líquida a la salida de la bomba. Desprecie

los cambios de energía cinética y potencial del agua, y tome el volumen específico del agua como 0.001 m3/kg.

17.- Entra vapor de agua a una turbina adiabática a 7 MPa, 600 °C y 80 m/s, y sale a 50 kPa, 150 °C y 140 m/s. Si la producción de potencia de la turbina es de 6 MW, determine a) el flujo másico de vapor que fluye por la turbina y b) la eficiencia isentrópica de la turbina.

18.- Una unidad de refrigeración comprime vapor saturado de R-134a a 20 °C hasta 1 000 kPa. ¿Cuánta potencia se necesita para comprimir 0.5 kg/s de R-134a con una eficiencia de compresor de 85 por ciento? 19.- Un difusor adiabático a la entrada de un motor de propulsión aumenta la presión del aire, que entra al difusor a 13 psia y 30 °F, a 20 psia. ¿Cuál será la velocidad de aire a la salida del difusor si la eficiencia isentrópica del difusor es de 82 por ciento y la velocidad de entrada es de 1 000 pies/s?

20.- En una planta de producción de hielo, se congela agua a 0 °C y presión atmosférica evaporando R-134a líquido saturado a -16 °C. El refrigerante sale de este evaporador como vapor saturado, y la planta está diseñada para producir hielo a 0 °C a razón de 2 500 kg/h. Determine la tasa de generación de entropía en esta planta

21.- Entra vapor a una tobera adiabática a 2.5 MPa y 450 °C, con una velocidad de 55 m/s, y sale a 1 MPa y 390 m/s. Si la tobera tiene un área de entrada de 6 cm 2, determine a) la temperatura de salida y b) la tasa de generación de entropía para este proceso. 22.- Se expande vapor de agua de una manera estacionaria en una turbina a razón de 40 000 kg/h, entrando a 8 MPa y 500 °C y saliendo a 40 kPa como vapor saturado. Si la potencia generada por la turbina es de 8.2 MW, determine la tasa de generación de entropía para este proceso. Suponga que el medio ambiente está a 25 °C.

23.- Agua líquida a 200 kPa y 20 °C se calienta en una cámara al mezclarla con vapor sobrecalentado a 200 kPa y 150 °C. El agua líquida entra a la cámara mezcladora a razón de 2.5 kg/s, y se estima que la cámara pierde calor al aire circundante a 25 °C a razón de 1 200 kJ/min. Si la mezcla sale de la cámara mezcladora a 200 kPa y 60 °C, determine a) el flujo másico del vapor sobrecalentado y b) la tasa de generación de entropía durante este proceso de mezclamiento.