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

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-123 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.123 Un dispositivo de cilindro-émbolo vertical aislado contiene una masa de 10 kg de agua, de la cual 6 kg están en fase de vapor. La masa del émbolo es tal que mantiene una presión constante de 200 kPa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-122 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.122 Un tanque rígido de 0.2 m3 tiene un regulador de presión, y contiene vapor de agua a 2 MPa y 300 °C. Entonces, se calienta el vapor en el tanque. El regulador mantiene constante la presión dejando salir…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-121 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.121 Un recipiente rígido de 2 m3 contiene aire a 100 kPa y 22 °C. Se conecta el recipiente a una línea de suministro por medio de una válvula. En la línea de suministro fluye aire a 600 kPa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-120 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.120 Una botella evacuada de 20 L está rodeada por la atmósfera a 100 kPa y 27 °C. Entonces se abre una válvula en el cuello de la botella y se deja entrar aire en ella. El aire en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-119 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.119 Un recipiente aislado rígido, que inicialmente está evacuado, se conecta con un tubo de suministro de helio a 200 kPa y 120 °C, a través de una válvula. Se abre la válvula y se deja entrar helio a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-118 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.118 Un recipiente rígido aislado está evacuado. Se abre una válvula y entra al recipiente aire atmosférico a 95 kPa y 17 °C, hasta que la presión en el recipiente llega a 95 kPa, y en ese momento se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-117 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.117 Reconsidere el problema 5-116. Usando el software EES (u otro), investigue el efecto de la velocidad de salida sobre el caudal másico y el caudal volumétrico de salida. Deje variar la velocidad de salida de 5 a 25…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-116 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.116 Fluye de manera estacionaria aire a 300 K y 100 kPa en un secador de cabello que tiene una entrada de trabajo eléctrico de 1 500 W. Debido al tamaño de la toma de aire, la velocidad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-115 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.115 Se calienta agua líquida saturada, a presión constante, en un dispositivo con flujo estacionario, hasta que se convierte en vapor saturado. Calcule la transferencia de calor, en kJ/kg, cuando la evaporación se hace a 800 kPa. Solución: Solución…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-114 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.114 Al condensador de un refrigerador entra refrigerante 134a a 900 kPa y 60 °C, y sale como líquido saturado a la misma presión. Determine la transferencia de calor desde el refrigerante, por unidad de masa. Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-113 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.113 A un tubo aislado entra vapor de agua a 200 kPa y 200 °C, y sale a 150 kPa y 150 °C. La relación de diámetros de entrada entre salida para ese tubo es D1/D2 1.80. Determine las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-112 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.112 A un tubo horizontal largo, de diámetro D1 12 cm en la entrada, entra vapor de agua a 2 MPa y 300 °C, con 3 m/s de velocidad. Más adelante las condiciones son 800 kPa y 250 °C…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-111 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.111 Una casa tiene un sistema eléctrico de calefacción, formado por un ventilador de 300 W de potencia y un elemento calefactor de resistencia eléctrica, colocados en un ducto. Por el ducto pasa constantemente aire a un flujo de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-110 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.110 Las necesidades de agua caliente para una vivienda se van a satisfacer calentando agua a 55 °F, hasta 180 °F, a una razón de 4 lbm/s, con un colector solar parabólico. El agua pasa por un tubo de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-109 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.109 Se va a calentar un recinto de 5 m X 6 m X 8 m de dimensiones con un calentador eléctrico colocado en el interior de un tramo corto de ducto ubicado dentro del recinto. Al principio, el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-108 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.108 Considere nuevamente el problema 5-107. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto del diámetro interior del tubo sobre la tasa de pérdidas de calor. Haga variar el diámetro de 1.5 a 7.5 cm. Trace la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-107 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.107 A un tramo de 22 m de tubo de hierro fundido, de 2.5 cm de diámetro interior, entra agua caliente a 90 °C, con una velocidad promedio de 0.6 m/s. La superficie externa del tubo está expuesta al…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-106 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.106 Una computadora, enfriada mediante un ventilador, contiene ocho tarjetas de circuitos impresos, que disipan 10 W de potencia cada una. La altura de las tarjetas es 12 cm y su longitud es 18 cm. El aire de enfriamiento…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-105 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.105 Una tarjeta de circuitos impresos, de 9 cm de altura y 18 cm de longitud, con un canal hueco en su interior, disipa 15 W en total. El espesor del canal hueco de la tarjeta es 0.25 cm…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-104 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.104 Repita el problema 5-103, con un ducto circular horizontal de 10 cm de diámetro. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-103 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.103 Los componentes de un sistema electrónico, que disipa 180 W, están dentro de un ducto horizontal de 1.4 m de longitud, cuya sección transversal es de 20 cm X 20 cm. Los componentes se enfrían en el ducto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-102 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.102 A los tubos de una placa de enfriamiento entra agua a 70 °F con velocidad promedio de 40 pies/min y sale a 105 °F. El diámetro de los tubos es 0.25 pulg. Suponiendo que el 15% del calor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-101 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.101 Repita el problema 5-100 con una computadora que consume 100 W. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas u…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-100 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.100 Un ventilador va a enfriar una computadora de escritorio. Los componentes electrónicos de la computadora consumen 60 W, bajo condiciones de plena carga. La computadora debe funcionar en ambientes hasta de 45 °C, y en alturas sobre el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-99 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.99 El ventilador de una computadora personal toma 0.5 pies3/s de aire, a 14.7 psia y 70 °F, haciéndolo pasar por la caja que contiene la CPU, y otros componentes. El aire sale a 14.7 psia y 80 °F.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-98 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.98 Para calentar aire, a una razón de 0.3 m3/s, de 100 kPa y 15 °C hasta 100 kPa y 30 °C, se usa un calentador eléctrico de 110 V. ¿Cuánta corriente, en amperes, debe suministrarse a ese calentador?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-97 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.97 Entra agua a una caldera a 500 psia, como líquido saturado, y sale a 600 °F a la misma presión. Calcule la transferencia térmica por unidad de masa de agua. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-96 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.96 En una caldera, que opera en régimen estacionario, se calienta agua líquida saturada a una presión constante de 2 MPa, a una razón de 4 kg/s, hasta la temperatura de salida de 250 °C. Determine la tasa de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-95 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.95 Considere argón que fluye en régimen estacionario a un calentador de presión constante a 300 K y 100 kPa, con un flujo másico de 6.24 kg/s. En ese intercambiador se le transfiere calor a una tasa de 150…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-94 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.94 Se mezclan dos corrientes másicas del mismo gas ideal en una cámara de flujo uniforme mientras reciben energía por transferencia térmica del entorno. El proceso de mezclado tiene lugar a presión constante, sin trabajo y con cambios despreciables…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-93 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.93 El evaporador de un ciclo de refrigeración es básicamente un intercambiador de calor en el que se evapora un refrigerante mediante la absorción de calor de otro fluido. Entra refrigerante R-22 a un evaporador a 200 kPa, con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-92 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.92 El condensador de un ciclo de refrigeración es básicamente un intercambiador de calor en el que se condensa un refrigerante mediante la transferencia de calor hacia un fluido a menor temperatura. Entra refrigerante 134a a un condensador a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-91 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.91 Se diseña una unidad de intercambiador de calor con agua helada, para enfriar 5 m3/s de aire a 100 kPa y 30°C, hasta 100 kPa y 18°C, usando agua helada a 8 °C. Determine la temperatura máxima del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-90 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.90 Se usarán gases calientes de escape de un motor de combustión interna, para producir vapor saturado a 2 MPa. Los gases de escape entran al intercambiador de calor a 400°C, con un flujo de 32 kg/min, mientras que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-89 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.89 Un sistema de acondicionamiento de aire implica mezclar aire frío y aire caliente del exterior, antes de que la mezcla entre a la habitación acondicionada, de manera estacionaria. A la cámara mezcladora, entra aire frío a 7 °C…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-88 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.88 En un sistema de calentamiento por vapor, se calienta aire pasándolo sobre algunos tubos por los cuales fluye uniformemente vapor. El vapor entra al intercambiador de calor a 30 psia y 400 °F, a una tasa de 15…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-87 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.87 En un calentador de tipo abierto para agua de alimentación se calienta el agua mezclándola con vapor de agua caliente. En una central termoeléctrica hay un calentador de tipo abierto para agua de alimentación, donde se mezclan 0.1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-86 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.86 Se va a precalentar aire (cp = 1.005 kJ/kg · °C) usando gases de combustión calientes, en un intercambiador de calor de flujos cruzados, antes de entrar a un horno. El aire entra al intercambiador a 95 kPa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-85 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.85 El agua fría que va a una regadera (cp = 4.18 kJ/kg· °C) entra a 15 °C, a un intercambiador de calor de tubos concéntricos con pared delgada, de contraflujo, a una razón de 0.60 kg/s, y se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-84 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.84 Un intercambiador de calor de tubos concéntricos con pared delgada, de contraflujo, se usa para enfriar aceite (cp = 2.20 kJ/kg · °C) de 150 a 40 °C, a una razón de 2 kg/s, usando agua (cp =…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-83 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.83 Regrese al problema 5-82. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto de la temperatura de entrada del agua de enfriamiento sobre su flujo másico. Haga variar la temperatura de entrada de 10 a 40 °C,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-82 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.82 En un intercambiador de calor se debe enfriar etilenglicol (cp = 2.56 kJ/kg · °C) que tiene un flujo de 3.2 kg/s, de 80 °C a 40 °C, usando agua (cp = 4.18 kJ/kg · °C), que entra…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-81 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.81 A un condensador de una termoeléctrica entra vapor a 20 kPa y 95 por ciento de calidad, con un flujo másico de 20,000 kg/h. Se va a enfriar con agua de un río cercano, pasándola por los tubos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-80 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.80 Se va a condensar vapor de agua a 85 °F en la coraza de un intercambiador de calor. El agua de enfriamiento entra a los tubos a 60 °F con un flujo de 138 lbm/s y sale a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-79 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.79 Regrese al problema 5-78. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto que tiene el flujo másico de R-134a frío sobre la temperatura y la calidad del flujo que sale. Haga variar la relación de flujos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-78 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.78 Un flujo de refrigerante 134a a 1 MPa y 20 °C se mezcla con otro flujo del mismo refrigerante, a 1 MPa y 80 °C. Si el flujo másico del flujo frío es el doble del flujo caliente,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-77 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.77 Se calienta agua a 65 °F y 20 psia, en una cámara, mezclándola con vapor saturado a 20 psia. Si ambos flujos entran a la cámara mezcladora con el mismo flujo másico, determine la temperatura y la calidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-76 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.76 Un flujo de agua caliente a 80 °C entra a una cámara mezcladora a una razón de 0.5 kg/s, y se mezcla con un flujo de agua fría a 20 °C. Se desea que la mezcla salga de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-75 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.75 Se mezclan las corrientes caliente y fría de un fluido en una cámara de mezclado rígida. El fluido caliente fluye a la cámara a un flujo másico de 5 kg/s, con una cantidad de energía de 150 kJ/kg.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-74 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 5.74 Cuando dos flujos de fluidos se mezclan en una cámara ¿puede ser la temperatura de la mezcla menor que las temperaturas de ambos flujos? Explique por qué. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…