Hoja De Ejercicios 7 01 2013

HOJA DE EJERCICOS N° 7
TERMODINÁMICA I.
CICLO 01-2013.
1 – Una bomba de calor de Carnot opera entre dos
depósitos térmico a 40°C y 100°C para calentar un
edificio. La bomba extrae 20 kJ/s de calor de su
fuente. Dibuje un diagrama T-s del proceso de la
bomba, adecuadamente señalado.
(a) Calcule la rapidez de cambio de entropía de la
fuente.
(b) Use el resultado anterior para evaluar QH y W
enkJ/s.
(c) ¿Cuál es el COP de la bomba?
(d) Si la bomba funcionara como un refrigerador,
¿cuál sería su COP?
R/ (a) –0.064 kJ/kg-s; (b) QH = 23.87 kW, W =
3.87 kW; (c) 6.17; (d) 5.17
2 – La figura muestra las condiciones de operación
en estado estacionario de un dispositivo bien aislado
con aire entrando en un punto y saliendo por el otro
con un flujo másico de 10 kg/s. Suponga, lea bien,
que el airese comporta como un gas ideal y
desprecie los cambios en energía potencial. ¿En qué
dirección se está moviendo el aire? ¿Cuál es el
sentido de la potencia, hacia dentro o hacia afuera?

3 – La figura muestra las condiciones de operación
en estado estable para una válvula de
estrangulamiento que opera de manera paralela a
una turbina de vapor que tiene una eficiencia
isoentrópica del 90%. Lascorrientes que salen de la
turbina y de la válvula se mezclan en una cámara. Si
se desprecian las pérdidas de calor hacia los
alrededores, así como los cambios en energía
cinética y potencial, evalúe: (a) la potencia
desarrollada por la turbina, en kW; (b) el flujo
másico que pasa por la válvula de estrangulamiento,
en kg/s; (c) la generación de entropía de todo el
proceso.

R/ (a) 2168 kW, (b) 3.546kg/s, (c) 2.858 kW/K
4 – Vapor de agua saturado a 125 kPa se comprime
de manera adiabática en un compresor centrífugo
hasta 700 kPa a un flujo de 2.5 kg/s. Si la eficiencia
isoentrópica del compresor es del 75%.
a) ¿Cuál es la temperatura de salida del vapor?
b) ¿Cuál es la potencia consumida por el compresor?
c) ¿Cuánto es la generación de entropía en el
proceso?
R/ (a) 355°C, (b) 1220 kW, (c) 0.51kW/K
5 - Un inventor afirma haber desarrollado un
dispositivo que no requiere trabajo o transferencia
de calor y aun así es capaz de producir corrientes
estables de aire caliente y frío tal como se muestra.
Empleando el modelo del gas ideal para el aire y
despreciando las variaciones en energía cinética y
potencial, evalúe si la afirmación del inventor es
válida.

6 – Una porción de aire que seencuentra
inicialmente a 2.3 bar y 62°C, se expande hasta una
presión de 1.4 bar y una temperatura de 22°C.
a) ¿Puede ocurrir este proceso adiabáticamente?
b) Si acaso puede ocurrir adiabáticamente, ¿Es el
proceso reversible o irreversible?
c) Y si no puede ocurrir adiabáticamente, ¿Absorbió
o rechazó calor el aire durante el proceso?
7 – A través de una tobera bien aislada se expande
vapor de aguadesde 1.5bar y 120 °C hasta 1.0 bar. La
velocidad del vapor a la entrada de la tobera es

despreciable. La tobera tiene una eficiencia
isentrópica de 90%.
a) Determine la velocidad del vapor a la salida de la
tobera.
b) Determine la generación de entropía por cada
kilogramo de vapor que fluye por la tobera.
R/ (a) 336 m/s, (b) 0.0187 kJ/kg-K
8 – Una pequeña turbina de aire, con una eficienciaisoentrópica del 80%, debe producir 270 kJ/kg de
trabajo. La temperatura de entrada del aire es de
1000 K y la descarga es a la atmósfera. Encuentre la
presión de entrada que se requiere y la temperatura
de descarga.
R/ 231 kPa, 727 K
9 – Un flujo de 20 kg/s de vapor a 10 MPa y 550°C
entra a una turbina de dos pasos. La salida de la
primera etapa es a 2 MPa; se extraen 4 kg/s para
vapor de proceso yel resto continúa a través de la
segunda etapa, que descarga a 50 kPa. Suponga que
ambas etapas tienen una eficiencia isoentrópica de
85% y encuentre la potencia real que entrega la
turbina, así como la generación de entropía.
R/ 18.47 MW, 5.023 kW/K
10 – Un cilindro aislado con un pistón sin fricción,
como se muestra, contiene
agua a 100 kPa y con
calidad de 0.8 y el
volumen es de 8 L. Se...