Hoja 8 de problemas (TERMOTCNIA, curso 2010_11 Prof. G.Navascus)

41) Tres kilos de refrigerante R-134a est encerrado en un cilindro a 0.8 MPa y 50C. El refrigerante se enfra y condensa, a presin constante mediante un pistn, hasta llagar a los 30C. Determine la exerga inicial y final del refrigerante y la exerga destruida en el proceso. Las condiciones de los alrededores son de 0.1 MPa y 30C. (Soluciones: 85.4 kJ, 138.8 kJ y 4.6 kJ). 42) El radiador de un sistema de calefaccin de vapor tiene un volumen de 20 litros y se llena con vapor de agua sobrecalentado a 200kPa y 200C. En este momento tanto las vlvulas de entrada como de salida

del radiador estn cerradas. Despus de un tiempo se observa que la temperatura del vapor disminuye a 80C como resultado de la transferencia de calor al aire del cuarto que est a 21C. Suponga que los alrededores estn a 0C. Determine a) la transferencia de calor al cuarto b) y la mxima cantidad de calor que puede suministrarse al cuarto si el calor del radiador se suministra a una mquina trmica que acciona una bomba de calor. Suponga que la mquina trmica opera entre el radiador y los alrededores. (Problema 7.36. Soluciones: 30.3 kJ, 114.8 kJ)

43) Dentro de un cilindro con un pistn contiene 2 litros de agua saturada una presin constante de 150 kPa. Un calentador de resistencia elctrica dentro del cilindro se enciende y realiza trabajo elctrico sobre el agua en la cantidad de 2200 kJ. Los alrededores estn 25C y 100 kPa. Determine a) el trabajo mnimo para llevar a cabo este proceso y la irreversibilidad la irreversibilidad del proceso real. (Problema 7.39; soluciones: 437.8 kJ, 1704.5 kJ). 44) En una tobera entra aire de forma estacionaria a 87C y 700 kPa con una velocidad de 50 m/s y sale con la presin de 95 kPa y

velocidad de 300 m/s. El proceso pierde energa trmica a un ritmo de 4 kJ/kg que llega al ambiente el cual tiene una temperatura de 17C. Determine la temperatura de salida y la irreversibilidad del proceso. (Problema 7.34, soluciones: 39.5C y 58.4 kJ/kg)

45) En una turbina adiabtica entra vapor de agua a 6 MPa, 600C y 80m/s y sale a 50 kPa, 100C y 140 m/s. La potencia de la turbina es de 5 MW. Determine la potencia reversible y la eficiencia exergtica de la turbina. El ambiente est a 25C. (Problema 7.57, soluciones: 5.81 MW, 86.1%) 46) A un compresor adiabtico entra gas argon a 120kPa y 30C con una velocidad de 20 m/s y sale a 1.2 MPa, 530C y 80 m/s. El rea de entrada del compresor es de 130 cm2. La temperatura de los alrededores es de 25C. Determine la potencia reversible y la exerga perdida. Datos del argon: R=0.2081kJ/kgK, k=1.667, Cp=0.5203kJ/kgK. (Problema 7.63, soluciones: 126.2kW, 4.12 kW).

47) Agua lquida a 200 kPa y 20C se calienta en una cmara mezclndola con vapor sobrecalentado a 200 kPa y 300C. El agua lquida entra en la cmara de mezcla a un ritmo de 2.5 kg/s. La cmara tiene prdidas trmicas hacia el ambiente de 600 kJ/min; el ambiente tiene una temperatura de 25C. La mezcla sale de la cmara a 200 kPa y 60C. Determine la relacin de flujo del vapor sobrecalentado y el potencial de trabajo desperdiciado en este proceso de mezcla. (Problema 7.70, soluciones: 0.152kg/s, 88.5 kW). 48) En la seccin del evaporador de un acondicionador de aire tipo ventana (ver figura) entra aire a 100

kPa y 27C a un ritmo de 6 m3/min. El refrigerante del acondicionador es R-134a que entra al evaporador a 120 kPa con una calidad de 0.3 a un ritmo de 2kg/min y sale como vapor saturado a la misma presin. Suponga primero que las superficies exteriores del acondicionador de aire estn aisladas. La temperatura del exterior es de 32C. Determine la temperatura de salida del aire y la irreversibilidad de este proceso. Suponga ahora que el calor que se transfiere al medio circundante tiene un ritmo de 30 kJ/min y vuelva calcular la temperatura de salida del aire y la irreversibilidad de este nuevo proceso. (Problema 7.71, soluciones: -15.5C, 0.31 kW, -11.2C, 0.41 kW).

CTkPap

lit

200200

20

1

1

=

=CT

MPapaR

508.0

134

1 ==

H2O saturada P=150 kPa

sm /50 sm /300

kgkJ /4

turbina

p1=6MPa T1=600C vel1=80m/s

p2=50kPa T2=100C vel2=140m/s

MWW 5=

1

2

3

4

aireaR 134

CT 201 =

CT 3002 =

min/600kJQ =

CT 603 =

kPap 200=skgm /5.21 =

CT 250 =