Capítulo 07: Entropía

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-178C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-178C Una máquina térmica cuya eficiencia térmica es 40 por ciento usa un depósito caliente a 1 300 R y un depósito frío a 500 R. Calcule el cambio de entropía de los dos depósitos cuando se transfiere 1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-177C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-177C La energía que se usa para comprimir aire en Estados Unidos se estima que excede 500 mil billones (0.5 1015) kJ por año. También se estima que 10 a 40 por ciento del aire comprimido se pierde por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-176C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-176C los compresores de una planta de producción mantienen las líneas de aire comprimido a una presión (manométrica) de 700 kPa a una elevación de 1 400 m donde la presión atmosférica es de 85.6 kPa. La temperatura promedio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-175C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-175C El calentamiento de espacios de una planta se obtiene mediante calefactores de gas natural con eficiencia de 80 por ciento. Las necesidades de aire comprimido de la planta se satisfacen con un compresor grande enfriado por líquido refrigerante.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-174C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-174C El motor de 1 800 rpm y 150 hp de un compresor se quema y se va a reemplazar ya sea por un motor convencional que tiene una eficiencia a plena carga de 93.0 por ciento y cuesta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-173C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-173C Las necesidades de aire comprimido de una planta se satisfacen con un compresor de 150 hp provisto de un interenfriador, un posenfriador y un secador refrigerado. La planta opera 6 300 h/año, pero el compresor se estima que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-172C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-172C Las necesidades de aire comprimido de una planta se satisfacen mediante un compresor de tornillo de 125 hp. La planta detiene la producción durante una hora cada día, incluyendo los fines de semana, para almuerzo; pero el compresor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-171C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-171C Las necesidades de aire comprimido de una planta se satisfacen con un compresor de tornillo de 100 hp, que trabaja a plena carga durante 40 por ciento de su tiempo y queda en marcha en vacío el resto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-170C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-170C Un compresor de 150 hp en una planta industrial está alojado en el área de producción donde la temperatura promedio durante las horas de operación es de 25 °C. La temperatura promedio del exterior durante las mismas horas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-169C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-169C Las necesidades de aire comprimido de una planta a nivel del mar se satisfacen mediante un compresor de 90 hp que toma aire a la presión atmosférica local de 101.3 kPa y a la temperatura promedio de 15…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-168C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-168C El aire comprimido es uno de los servicios clave en las plantas de fabricación, y la potencia total de los sistemas de compresión de aire instalados en Estados Unidos se estima en alrededor de 20 millones de hp.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-167C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-167C Un recipiente rígido contiene 7.5 kg de mezcla saturada de agua a 400 kPa. Ahora se abre una válvula en el fondo del recipiente y se saca líquido. Se transfiere calor al vapor de manera que la presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-166C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-166C Un bloque de hierro de masa desconocida a 185 °F se echa en un recipiente aislado que contiene 0.8 pie3 de agua a 70 °F. Al mismo tiempo, una rueda de paletas accionada por un motor de 200…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-165C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-165C  Un recipiente rígido de 0.18 m3 se llena con agua líquida saturada a 120 °C. Ahora se abre una válvula en el fondo del recipiente y lentamente se saca la mitad de la masa total del recipiente en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-164C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-164C 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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-163C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-163C Un flujo de agua caliente a 70 °C entra a una cámara mezcladora adiabática a una razón de 3.6 kg/s, donde se mezcla con un flujo de agua fría a 20 °C. Si la mezcla sale de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-162C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-162C Entra aire a un compresor a condiciones ambientes de 15 psia y 60 °F, con una baja velocidad, y sale a 150 psia, 620 °F y 350 pies/s. El compresor se enfría por el aire ambiente a 60…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-161C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-161C 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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-160C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-160C 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 cm2, determine…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-159C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-159C Entra vapor de agua a un difusor a 20 psia y 240 °F con una velocidad de 900 pies/s, y sale como vapor saturado a 240 °F y 100 pies/s. El área de salida del difusor es de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-158C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-158C Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción contiene agua líquida saturada a una presión de 40 psia. Ahora se transfieren 400 Btu de calor al agua desde una fuente a 1 000 °F, y parte del líquido se vaporiza…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-157C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-157C Una plancha de 1 000 W se deja sobre la mesa de planchar con su base expuesta al aire a 20 °C. Si la temperatura de la superficie es de 400 °C, determine la tasa de generación de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-156C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-156C Para propósitos de transferencia térmica, un hombre de pie se puede modelar como un cilindro vertical de 30 cm de diámetro, 170 cm de longitud, con las superficies superior e inferior aisladas, y con la superficie lateral a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-155C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-155C Las superficies interna y externa de una pared de ladrillo de 3 m 8 m con espesor de 20 cm se mantienen a temperaturas de 20 °C y 2 °C, respectivamente. Si la tasa de transferencia térmica a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-154C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-154C Largas varillas cilíndricas de acero (r  7 833 kg/m3 y c p  0.465 kJ/kg · °C), de 10 cm de diámetro, se someten a un tratamiento térmico haciéndolas pasar a una velocidad de 3 m/min por un horno…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-153C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-153C Un huevo ordinario se puede aproximar a una esfera de 5.5 cm de diámetro. El huevo está inicialmente a una temperatura uniforme de 8 °C, y se pone en agua hirviendo a 97 °C. Tomando las propiedades del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-152C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-152C Bolas de acero inoxidable de rodamiento (r  8 085 kg/m3 y c p  0.480 kJ/kg · °C) que tienen un diámetro de 1.8 cm, se van a templar en agua a razón de 1 100 por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-151C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-151C En una planta de productos lácteos, se pasteuriza leche que entra a 4 °C, a 72 °C, con un gasto de 12 L/s, durante 24 horas al día y 365 días por año. La leche se calienta a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-150C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-150C Se va a condensar vapor por el lado de coraza de un intercambiador de calor a 120 °F. Entra agua de enfriamiento a los tubos a 60 °F a razón de 92 lbm/s, y sale a 73 °F.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-149C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-149C Agua a 20 psia y 50 °F entra a una cámara de mezclado a razón de 300 lbm/min. En la cámara se mezcla uniformemente con vapor que entra a 20 psia y 240 °F. La mezcla sale de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-148C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-148C 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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-147C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-147C Refrigerante R-134a se estrangula de 1 200 kPa y 40 °C a 200 kPa. Se pierde calor del refrigerante en la cantidad de 0.5 kJ/kg al entorno a 25 °C. Determine a) la temperatura de salida del refrigerante…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-146C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-146C Un intercambiador de calor bien aislado, de coraza y tubos, se usa para calentar agua (c p  4.18 kJ/kg · °C) en los tubos, de 20 a 70 °C, a razón de 4.5 kg/s. El calor lo suministra…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-145C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-145C Se precalienta aire (cp  1.005 kJ/kg · °C) mediante gases de escape calientes, en un intercambiador de calor de flujo cruzado, antes de que entre al horno. El aire entra al intercambiador de calor a 95 kPa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-144C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-144C Agua fría (cp  4.18 kJ/kg · °C) que va a una ducha entra a un intercambiador de calor bien aislado, de paredes delgadas, de doble tubo, a contracorriente, a 10 °C, a razón de 0.95 kg/s, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-143C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-143C Considere una familia de cuatro, cada uno de los cuales toma una ducha de 5 minutos cada mañana. El flujo promedio de la ducha es de 12 L/min. El agua municipal a 15 °C se calienta a 55…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-142C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-142C Se comprime nitrógeno en un compresor adiabático, de 100 kPa y 25 °C a 800 kPa y 307 °C. Calcule la generación de entropía para este proceso en kJ/kg · K. Solución: Solución 1: Canal      …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-141C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-141C Entra oxígeno a un tubo aislado de 12 cm de diámetro con una velocidad de 70 m/s. A la entrada del tubo, el oxígeno tiene 240 kPa y 20 °C, y a la salida tiene 200 kPa y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-140C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-140C Refrigerante R-134a se expande adiabáticamente desde 100 psia y 100 °F hasta vapor saturado a 10 psia. Determine la generación de entropía para este proceso, en Btu/lbm · R Solución:     Solución 1: Canal      …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-139C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-139C 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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-138C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-138C La tobera de escape de un motor de propulsión expande adiabáticamente aire de 300 kPa y 180 °C a 100 kPa. Determine la velocidad del aire a la salida cuando la velocidad de entrada es baja y la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-137C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-137C Reconsidere el problema 7-136E. Usando software EES (u otro), estudie el efecto de la variación en eficiencia isentrópica de la tobera de 0.8 a 1.0 tanto en la temperatura como en la presión de salida del aire, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-136C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-136C Entra aire a una tobera adiabática a 45 psia y 940 °F con baja velocidad y sale a 650 pies/s. Si la eficiencia isentrópica de la tobera es de 85 por ciento, determine la temperatura y la presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-135C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-135C Entra gas argón a un compresor adiabático a 20 psia y 90 °F, con una velocidad de 60 pies/s, y sale a 200 psia y 240 pies/s. Si la eficiencia isentrópica del compresor es de 80 por ciento,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-134C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-134C Se comprime aire en un compresor adiabático, de 95 kPa y 27 °C a 600 kPa y 277 °C. Suponiendo calores específicos variables y despreciando los cambios en energías cinética y potencial, determine a) la eficiencia isentrópica del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-133C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-133C Entra aire a un compresor adiabático a 100 kPa y 17 °C a razón de 2.4 m3/s, y sale a 257 °C. El compresor tiene una eficiencia isentrópica de 84 por ciento. Despreciando los cambios en energías cinética…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-132C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-132C Reconsidere el problema 7-131. Usando software EES (u otro), rehaga el problema incluyendo los efectos de la energía cinética del flujo suponiendo una relación de áreas entrada-salida de 1.5 para el compresor, cuando el diámetro interior del tubo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-131C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-131C Entra refrigerante-134a a un compresor adiabático como vapor saturado a 100 kPa, a razón de 0.7 m3/min, y sale a una presión de 1 MPa. Si la eficiencia isentrópica del compresor es de 87 por ciento, determine a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-130C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-130C 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? Respuesta: 6.78 kW…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-129C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7-129C Se expande aire de 2 MPa y 327 °C a 100 kPa, en una turbina adiabática. Determine la eficiencia isentrópica de esta turbina si el aire escapa a 0 °C. Solución: Solución 1: Canal        …