Capítulo 08: Exergía: una medida del potencial de trabajo

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-160 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.160 La temperatura del aire en un edificio se puede mantener a un nivel deseable durante el invierno usando diferentes métodos de calefacción. Compare calentar este aire en una unidad de intercambio de calor con vapor de agua condensándose…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-159 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.159 Una tobera adiabática está diseñada para acelerar un gas ideal de casi 0 m/s, P1 y T1 a V m/s. Al disminuir la eficiencia de esta tobera, la presión a la salida de la tobera debe también disminuir…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-158 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.158 Una caldera de vapor de agua se puede considerar como un intercambiador de calor. Los gases de combustión se pueden modelar como un flujo de aire, porque sus propiedades termodinámicas son cercanas a las del aire. Usando este…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-157 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.157 Los sistemas domésticos de agua caliente incluyen un alto nivel de irreversibilidad y por lo tanto tienen bajas eficiencias según la segunda ley. El agua en estos sistemas se calienta de alrededor de 15 °C a alrededor de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-156 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.156 Los seres humanos son probablemente las criaturas más capaces, y tienen un alto nivel de potenciales, o exergías físicas, intelectuales, emocionales y espirituales. Infelizmente, las personas usan poco sus exergías, dejando que la mayoría de éstas se desperdicie.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-155 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.155 Entra vapor de agua, de una manera estacionaria, a una turbina a 4 MPa y 400 °C y sale a 0.2 MPa y 150 °C en un entorno a 25 °C. La disminución en la exergía del vapor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-154 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.154 Se estrangula aire de 50 °C y 800 kPa a una presión de 200 kPa a razón de 0.5 kg/s en un entorno a 25 °C. El cambio en energía cinética es despreciable, y no ocurre transferencia térmica…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-153 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.153 Un horno puede suministrar calor, de una manera estacionaria, a 1.300 K a razón de 500 kJ/s. La máxima cantidad de potencia que se puede producir usando el calor suministrado por este horno en un entorno a 300…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-152 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.152 Teniendo en cuenta las limitaciones impuestas por la segunda ley de la termodinámica, elija la afirmación errónea de las siguientes: Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-151 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.151 Un sólido de 12 kg cuyo calor específico es 2.8 kJ/ kg · °C está a una temperatura uniforme de 10 °C. Para una temperatura ambiente de 20 °C, el contenido de exergía de este sólido es Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-150 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.150 Una casa se mantiene a 21 °C en invierno mediante calefactores eléctricos de resistencia. Si la temperatura exterior es de 9 °C, la eficiencia según segunda ley del calentador de resistencia es Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-149 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.149 Un depósito de agua contiene 100 toneladas del agua a una elevación promedio de 60 m. La cantidad máxima de potencia eléctrica que se puede generar mediante esta agua es Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-148 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.148 Una máquina térmica recibe calor de una fuente a 1.500 K a una razón de 600 kJ/s y rechaza calor a un sumidero a 300 K. Si la producción de potencia de la máquina es de 400 kW,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-147 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.147 Entra agua líquida a un sistema adiabático de tuberías a 15 °C, a razón de 3 kg/s. Se observa que la temperatura del agua se eleva en 0.3 °C en el tubo debido a la fricción. Si la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-146 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.146 Se pierde calor a través de una pared plana, de una manera estacionaria, a razón de 800 W. Si las temperaturas de las superficies interior y exterior de la pared son 20 y 5 °C, respectivamente, y la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-145 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.145 Escribiendo las ecuaciones de primera y segunda leyes y simplificándolas, obtenga la ecuación para el cálculo de trabajo reversible de un sistema de flujo uniforme que intercambia calor con el entorno a T0 en la cantidad de Q0,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-144 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.144 Escribiendo las ecuaciones de primera y segunda leyes y simplificándolas, obtenga la ecuación para el cálculo de trabajo reversible de un sistema de flujo estacionario que intercambia calor con un medio circundante a T0 en la cantidad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-143 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.143 Escribiendo las ecuaciones de primera y segunda leyes y simplificándolas, obtenga la ecuación para el cálculo de trabajo reversible de un sistema cerrado que intercambia calor con un medio circundante a T0 en la cantidad de Q0, así…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-142 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.142 Obtenga una ecuación para el cálculo de la eficiencia según segunda ley de una máquina térmica que recibe el calor QH de una fuente a temperatura TH y rechaza el calor QL a un sumidero a TL, que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-141 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.141 ¿Puede ser negativa la exergía de un sistema cerrado? ¿Y la exergía de flujo? Explique usando como ejemplo una sustancia incompresible. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-140 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.140 Entra gas nitrógeno a un difusor a 100 kPa y 110 °C con velocidad de 205 m/s, y sale a 110 kPa y 45 m/s. Se estima que se pierden 2.5 kJ/kg de calor del difusor al entorno…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-139 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.139 Se expande gas argón de 3.5 MPa y 100 °C a 500 kPa en una válvula adiabática de expansión. Para condiciones ambientales de 100 kPa y 25 °C, determine a) la exergía del argón a la entrada, b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-138 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.138 Entra agua a una bomba a 100 KPa y 30 °C a razón de 1.35 kg/s, y sale a 4 MPa. Si la bomba tiene una eficiencia isentrópica de 70 por ciento, determine a) el suministro real de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-137 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.137 Entra refrigerante 134a a un compresor adiabático a 160 kPa, sobrecalentado en 3 °C, y sale a 1.0 MPa. Si el compresor tiene una eficiencia según la segunda ley de 80 por ciento, determine a) el suministro real…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-136 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.136 Entran gases de combustión a una turbina de gas a 627°C y 1.2 MPa a razón de 2.5 kg/s, y salen a 527 °C y 500 kPa. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-135 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.135 En una planta de productos lácteos, se pasteuriza continuamente a 72 °C leche que originalmente está a 4 °C, a razón de 12 L/s, 24 h/día, 365 días/año. La leche se calienta a la temperatura de pasteurización mediante…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-134 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.134 Un intercambiador de calor bien aislado debe calentar agua (cp = 4.18 kJ/kg · °C) de 25 °C a 60 °C a razón de 0.4 kg/s. El calentamiento se debe hacer mediante agua geotérmica (cp = 4.31 kJ/kg…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-133 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.133 Varillas cilíndricas largas de acero (ρ = 7.833 kg/m3 y cp = 0.465 kJ/kg · °C) de 10 cm de diámetro, se someten a tratamiento térmico haciéndolas pasar a una velocidad de 3 m/min por un horno de 6…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-132 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.132 En una planta de manufactura, placas de latón cuadradas, de 2 pies X 2 pies de dimensiones y 1.2 pulgadas de espesor (ρ = 532.5 lbm/pie3 y cp = 0.091 Btu/lbm · °F), que inicialmente están a una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-131 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.131 Un recipiente de volumen constante tiene una temperatura de 600 K y un dispositivo de presión constante tiene una temperatura de 280 K. Tanto el recipiente como el dispositivo se llenan con 40 kg de aire. Una máquina…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-130 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.130 El aire almacenado en el recipiente del problema anterior se libera ahora a través de la turbina isentrópica hasta que el contenido del recipiente está a 100 kPa y 20 °C. La presión siempre es de 100 kPa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-129 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.129 El recipiente de almacenamiento de aire comprimido que se muestra en la figura P8-129 tiene un volumen de 500,000 m3, y contiene inicialmente aire a 100 kPa y 20°C. El compresor isentrópico comprime el aire que entra al…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-128 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.128 Se va a condensar vapor de agua en el condensador de una planta termoeléctrica a una temperatura de 45 °C con agua de enfriamiento de un lago cercano que entra a los tubos del condensador a 12 °C…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-127 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.127 Un recipiente rígido de 100 L bien aislado se llena inicialmente con nitrógeno a 1,000 kPa y 20 °C. Ahora se abre una válvula y se deja escapar a la mitad de la masa de nitrógeno. Determine el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-126 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.126 Un cilindro rígido de 50 L de nitrógeno está provisto de una válvula de alivio de seguridad ajustada a 1,200 kPa. Inicialmente, este cilindro contiene nitrógeno a 1,200 kPa y 20 °C. Ahora se transfiere calor al nitrógeno…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-125 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.125 Un recipiente de volumen constante contiene 20 kg de nitrógeno a 1.000 K, y un dispositivo de presión constante contiene 10 kg de argón a 300 K. Una máquina térmica colocada entre el recipiente y el dispositivo extrae…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-124 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.124 Dos recipientes de volumen constante, cada uno lleno con 30 kg de aire, tienen temperaturas de 900 K y 300 K. Una máquina térmica colocada entre los dos recipientes extrae calor del recipiente a alta temperatura, produce trabajo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-123 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.123 Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción, que se muestra en la figura P8-123, contiene inicialmente 0.01 m3 de gas argón a 400 K y 350 kPa. Se transfiere calor al argón desde un horno a 1 200 K,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-122 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.122 Considere una botella rígida de 12 L al vacío, rodeada por la atmósfera a 100 kPa y 17 °C. Ahora se abre una válvula en el cuello de la botella y se deja entrar aire a la botella.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-121 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.121 Una tonelada de agua líquida a 65 °C se introduce a un cuarto bien aislado y bien sellado de 3 m X 4 m X 7m de dimensiones, que inicialmente está a 16 °C y 100 kPa. Suponiendo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-120 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.120 Para enfriar 1 tonelada de agua a 20 °C en un recipiente aislado, un persona vierte 80 kg de hielo a -5 °C en el agua. Determine a) la temperatura final de equilibrio en el recipiente y b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-119 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.119 Reconsidere el problema 8-118. Usando el software EES (u otro), investigue el efecto del vapor de agua a la entrada del calentador de agua de alimentación sobre la relación de flujos másicos y potencia reversible. Varíe la presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-118 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.118 En las grandes plantas termoeléctricas, el agua de alimentación se calienta a menudo en calentadores de tipo cerrado que son básicamente intercambiadores de calor, mediante vapor de agua extraído en alguna etapa de la turbina. El vapor de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-117 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.117 Entra gas argón a una turbina adiabática a 1 500 °F y 200 psia a razón de 40 lbm/min, y sale a 30 psia. Si la producción de potencia de la turbina es de 95 hp, determine a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-116 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.116 Repita el problema 8-115 suponiendo que el pistón está hecho de 5 kg de cobre, inicialmente a la temperatura promedio de los dos gases en ambos lados. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-115 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.115 Considere un cilindro horizontal bien aislado que está dividido en dos compartimientos por un émbolo libre de moverse pero el cual no permite que ninguno de los dos gases se infiltre al otro lado. Inicialmente, un lado del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-114 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.114 Entra vapor de agua a una turbina adiabática de 2 etapas a 8 MPa y 500 °C. Se expande en la primera etapa a un estado de 2 MPa y 350 °C. Luego el vapor se recalienta a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-113 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.113 Entra vapor de agua a 9 MPa y 500 °C a una turbina adiabática de dos etapas a razón de 15 kg/s. Diez por ciento del vapor se extrae al final de la primera etapa a una presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-112 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.112 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente 8 pies3 de gas helio a 40 psia y 70 °F. El helio se comprime ahora en un proceso politrópico (Pvn = constante) a 140 psia y 320 °F. Suponiendo que el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 8-111 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 8.111 Dos recipientes rígidos están conectados por una válvula. El tanque A está aislado y contiene 0.2 m3 de vapor de agua a 400 kPa y 80 por ciento de calidad. El recipiente B no está aislado y contiene…