Capítulo 05: Análisis de masa y energía de volúmenes de control

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-223 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.223 Para mantener la altitud, la temperatura del aire dentro de un globo de aire caliente debe conservarse dentro de un intervalo de 1 °C de amplitud, mientras que el volumen no puede variar en más de 1%. A…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-222 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.222 Un cañón de aire usa aire comprimido para impulsar un proyectil desde el reposo hasta su velocidad final. Considere un cañón de aire que debe acelerar un proyectil de 10 gramos hasta una rapidez de 300 m/s usando…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-221 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.221 Usted debe diseñar un pequeño cohete de control direccional para operar en el espacio dando hasta 100 descargas de 5 segundos cada uno con un flujo másico de 0.5 lbm/s a una velocidad de 400 pies/s. Hay disponibles…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-220 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.220 Se le ha asignado la responsabilidad de elegir una turbina de vapor para una planta de generación eléctrica que debe producir 300 MW de potencia eléctrica que se venderá a $0.05 por kilowatt-hora. La caldera producirá vapor a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-219 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.219 Unos martillos neumáticos para clavos que se usan en la construcción necesitan 0.02 pies3 de aire a 100 psia y 1 Btu de energía para clavar un solo clavo. Se le ha asignado la tarea de diseñar un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-218 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.218 Vapor saturado de agua a 40 °C se condensa al fluir por un tubo a razón de 0.20 kg/s. El condensado sale del tubo como líquido saturado a 40 °C. La tasa de transferencia de calor del tubo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-217 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.217 Se debe calentar aire, de una manera estacionaria, en un calentador de resistencia eléctrica de 8 kW mientras fluye por un conducto aislado. Si el aire entra a 50 °C a razón de 2 kg/s, la temperatura de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-216 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.216 Vapor de agua a 1 MPa y 300 °C se estrangula adiabáticamente a una presión de 0.4 MPa. Si el cambio en energía cinética es despreciable, el volumen específico del vapor después de la estrangulación es Solución: Solución…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-215 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.215 Aire a 27 °C y 5 atm se estrangula por una válvula a 1 atm. Si la válvula es adiabática y el cambio en energía cinética es despreciable, la temperatura de salida del aire será Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-214 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.214 Refrigerante 134a a 1.4 MPa y 90 °C se estrangula a una presión de 0.6 MPa. La temperatura del refrigerante después de la estrangulación es Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-213 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.213 En una turbina adiabática se expande refrigerante 134a de 1.2 MPa y 100 °C a 0.18 MPa y 50 °C, a razón de 1.25 kg/s. La potencia desarrollada por la turbina es Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-212 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.212 Un compresor comprime refrigerante 134a del estado de vapor saturado a 0.14 MPa a 0.9 MPa y 60 °C, a razón de 0.108 kg/s. El refrigerante se enfría a razón de 1.10 kJ/s durante la compresión. La potencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-211 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.211 Un compresor adiabático comprime vapor de agua de 0.2 MPa y 150 °C a 0.8 MPa y 350 °C, a razón de 1.30 kg/s. La potencia consumida por el compresor es Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-210 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.210 Se expande vapor en una turbina de 4 MPa y 500 °C a 0.5 MPa y 250 °C, a razón de 1.350 kg/s. Se pierde calor de la turbina a razón de 25 kJ/s durante el proceso de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-209 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.209 Los gases calientes de combustión (cuyas propiedades se aproximan bastante bien con las propiedades del aire a temperatura ambiente) entran a una turbina de gas a 1 MPa y 1.500 K con un flujo de 0.1 kg/s, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-208 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.208 En un sistema de calefacción, el aire frío del exterior, a 7 °C, que fluye a razón de 4 kg/min, se mezcla adiabáticamente con aire caliente a 70 °C que fluye a razón de 3 kg/min. La temperatura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-207 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.207 En una ducha, el agua fría a 10 °C que fluye con un flujo de 5 kg/min se mezcla con agua caliente a 60 °C que fluye con un flujo de 2 kg/min. La temperatura de salida de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-206 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.206 Un intercambiador de calor adiabático se usa para calentar agua fría a 15 °C que entra a razón de 5 kg/s mediante agua caliente a 90 °C que entra a razón de 4 kg/s. Si la temperatura de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-205 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.205 Se usa un intercambiador de calor para calentar agua fría a 15 °C que entra a una razón de 2 kg/s, mediante aire caliente a 185 °C que entra a una razón de 3 kg/s. El intercambiador de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-204 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.204 Un intercambiador de calor adiabático se usa para calentar agua fría a 15 °C que entra a una razón de 5 kg/s, mediante aire caliente a 90 °C que entra también a razón de 5 kg/s. Si la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-103 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.103 Entra vapor, de una manera estacionaria, a un difusor a 0.5 MPa, 300 °C y 122 m/s a una razón de 3.5 kg/s. El área de entrada del difusor es Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-202 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.202 Se acelera vapor por una tobera, de una manera estacionaria, de una velocidad baja a una velocidad de 280 m/s, a razón de 2.5 kg/s. Si la temperatura y la presión del vapor a la salida de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-201 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.201 Considere una botella rígida al vacío de volumen V rodeada por la atmósfera a la presión P0 y la temperatura T0. Ahora se abre una válvula en el cuello de la botella y se deja entrar el aire…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-200 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.200 Un contenedor rígido lleno de un gas ideal se calienta mientras se deja escapar gas de modo que la temperatura del gas que queda en el contenedor permanezca constante. Este contenedor tiene una sola salida. Deduzca una expresión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-199 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.199 Se mezclan dos flujos del mismo gas ideal, a distintos flujos másicos y temperaturas, en un mezclador adiabático, que opera de una manera estacionaria. Suponiendo que los calores específicos sean constantes, desarrolle la ecuación más sencilla para calcular…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-198 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.198 La velocidad de un líquido que fluye en un tubo circular de radio R varía de 0 en la pared a un máximo en el centro del tubo. La distribución de velocidades en el tubo se puede representar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-197 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.197 Un tanque de diámetro D0 = 10 m se llena inicialmente con agua hasta 2 m arriba del centro de una válvula de diámetro D = 10 cm cerca del fondo. La superficie del tanque está abierta a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-196 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.196 Una olla de presión cuece los alimentos mucho más rápidamente que las ollas ordinarias, manteniendo una presión y una temperatura más altas durante la cocción. La presión dentro de la olla está controlada por un regulador de presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-195 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.195 El turbocargador de un motor de combustión interna consiste en una turbina y un compresor. Los gases de escape calientes fluyen por la turbina para producir trabajo, y el trabajo que produce la turbina se usa como trabajo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-194 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.194 Las necesidades de agua caliente en una vivienda se satisfacen con un calentador de 60 L, cuyas resistencias eléctricas tienen potencia de 1.6 kW. El tanque de agua caliente está lleno inicialmente con esa agua a 80 °C.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-193 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.193 La bomba de un sistema de distribución de agua está accionada por un motor eléctrico de 6 kW cuya eficiencia es 95 por ciento. El flujo de agua por la bomba es 18 L/s. Los diámetros de los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-192 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.192 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente 2 kg de refrigerante 134a a 800 kPa y 80 °C. En este estado, el émbolo toca dos topes en la parte superior del cilindro. La masa del émbolo es tal que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-191 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.191 Un dispositivo aislado vertical de cilindro-émbolo inicialmente contiene 0.11 m3 de aire a 150 kPa y 22 °C. En este estado, un resorte lineal toca el émbolo, pero no ejerce fuerza sobre éste. El cilindro está conectado por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-190 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.190 Se propone tener un calentador de agua que consiste en un tubo aislado de 5 cm de diámetro, y una resistencia eléctrica en el interior. A la sección de calentamiento entra uniformemente agua fría a 20 °C, a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-189 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.189 En las plantas eléctricas grandes de gas, el aire se precalienta por los gases de escape en un intercambiador de calor que se llama regenerador, antes de que entre a la cámara de combustión. El aire entra al…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-188 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.188 Reconsidere el problema 5-187. Usando software EES (u otro), investigue los efectos del área de salida de la turbina y la presión de salida de la turbina en la velocidad de la salida y la producción de potencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-187 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.187 Entra vapor estacionariamente a una turbina a 7 MPa y 600 °C con una velocidad de 60 m/s, y sale a 25 kPa con una calidad de 95 por ciento. Durante el proceso ocurre una pérdida de calor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-186 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.186 Una botella de R-134a líquido tiene un volumen interno de 0.001 m3. Inicialmente contiene 0.4 kg de R-134a (vapor húmedo) a 26 °C. Se abre una válvula y se permite sólo al vapor de R-134a (no al líquido)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-185 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.185 Un recipiente con un volumen interior de 1 m3 contiene aire a 800 kPa y 25 °C. Se abre una válvula en el recipiente permitiendo que escape aire y la presión interna cae rápidamente a 150 kPa, en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-184 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.184 Un cilindro de acero contiene inicialmente gas nitrógeno a 200 kPa y 25 °C. El cilindro está conectado a una línea de suministro que contiene nitrógeno a 800 kPa y 25 °C. Se abre una válvula permitiendo que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-183 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.183 En el problema anterior, suponga que se agrega aire al tanque de tal manera que la temperatura y la presión del aire en el tanque permanezcan constantes. Determine la masa final de aire en el tanque de lastre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-182 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.182 Los submarinos cambian su profundidad agregando o quitando aire de sus tanques de lastre rígidos para desplazar o admitir agua de mar en dichos tanques. Considere un submarino que tiene un tanque de lastre de 700 m3, que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-181 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.181 Entra refrigerante R-134a a un compresor, con un flujo másico de 5 kg/s y velocidad despreciable. El refrigerante entra al compresor como vapor saturado a 10 °C y sale del compresor a 1 400 kPa con una entalpía…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-180 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.180 Determine la potencia consumida por un compresor que comprime helio de 150 kPa y 20 °C a 400 kPa y 200 °C. El helio entra a este compresor por un tubo de 0.1 m2 de sección transversal a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-179 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.179 Un compresor adiabático de aire se va a accionar por una turbina adiabática de vapor directamente acoplada con el compresor y que también está accionando un generador. El vapor entra a la turbina a 12.5 MPa y 500…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-178 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.178 Un sistema de acondicionamiento de aire necesita un flujo de aire en el conducto de suministro principal a razón de 130 m3/min. La velocidad promedio del aire en el conducto circular no debe exceder 8 m/s para evitar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-177 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.177 Un ventilador está accionado por un motor de 0.5 hp y entrega aire a razón de 85 m3/min. Determine el valor máximo para la velocidad promedio del aire que mueve el ventilador. Tome la densidad del aire como…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-176 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.176 En un salón de clase grande, en un cálido día de verano, hay 150 alumnos, y cada uno disipa 60 W de calor sensible. Todas las luces se mantienen encendidas, con su potencia nominal total de 6.0 kW.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-175 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.175 Determine la razón de pérdida de calor sensible de un edificio debido a infiltración si el aire exterior a – 5 °C y 90 kPa entra al edificio a razón de 35 L/s cuando el interior se mantiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-174 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.174 La presión atmosférica promedio en Spokane, Washington (elevación = 2 350 pies) es 13.5 psia, y la temperatura promedio en invierno es 36.5 °F. La prueba de presurización de una casa vieja de 9 pies de altura y…