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Archivo>Capítulo-  Análisis de Entropía. 

EJEMPLO 6-A1 Un bloque de Aluminio con m=0.5 kg, T=20oC es lanzado a un recipiente a una temperatura de 90oC. Calcule la generación de entropía en el universo debido al proceso resultante. Cambio de escenario: ¿Cuál sería el resultado si la masa del bloque cambiara a 2 kg?

Solución:

EJEMPLO 6-B1 Un tanque aislado rígido contiene 1.5 kg de helio a 30oC y 500 kPa. Una rueda de paletas con una clasificación de potencia de 0.1 kW es operada dentro del tanque por 30 minutos. Determine el cambio de entropía del helio y la entropía generada. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si la presión fuese de 100 kPa?

Solución:


EJEMPLO 6-B2 Un dispositivo cilindro-émbolo contiene inicialmente 10 pies3 de gas argón a 25 psia y 70oF. El argón es ahora comprimido en un proceso politrópico (pVn=constante) a 70 psia y 300oF. Determine si el proceso es reversible, imposible o irreversible. También determine el cambio de entropía para el argón. Cambio de escenario: ¿Cuáles serán las respuestas si el gas fuese helio?

Solución:


EJEMPLO 6-C1 Un tanque rígido aislado es dividido en dos partes iguales mediante una membrana. Al principio, una parte contiene 3 kg de nitrógeno a 500 kPa, 50oC, y la otra porción está completamente vacía. La membrana es perforada y el gas se expande en todo el tanque. Determine la entropía generada. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si la temperatura del nitrógeno fuese 500oC?

Solución:

EJEMPLO 6-C2 Un dispositivo cilindro-émbolo contiene inicialmente 0.8 kg de O2 a 100 kPa y 27oC. Ahora se comprime en un proceso politrópico (pV1.3=constante) hasta la mitad del volumen original. Determine el cambio de entropía del sistema y sus alrededores (a 25oC). También determine la entropía generada en el universo debido a este proceso. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si el dispositivo hubiese contenido 2 kg de O2?

Solución:

EJEMPLO 6-E1 Un tanque aislado rígido tiene dos compartimentos, uno diez veces mayor que el otro, divididos por una separación. Al inicio, el lado mas pequeño contiene 4 kg de H2O a 200 kPa y 90oC, y el otro lado se halla vacío. Determine la entropía generada en el proceso. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si la cámara mayor fuese 100 veces mayor?

Solución:

EJEMPLO 6-E2 Un radiador de vapor (utilizado para calentar espacios) tiene un volumen de 20 L y se llena con vapor a 200 kPa y 250oC. A continuación se cierran los conductos de entrada y salida. Mientras el radiador se enfría hasta la temperatura del cuarto de 20oC, determine la presión final y la entropía generada, y muestre el proceso en un diagrama T-s. Cambio de escenario:   ¿Cuál será el resultado si la presión en el radiador hubiese sido 400 kPa?

Solución:

EJEMPLO 6-E3 Un dispositivo cilindro-émbolo aislado contiene 0.04 m3 de vapor a 300 kPa y 200oC. A continuación se comprime el vapor de manera reversible hasta una presión de 1 MPa. Calcule el trabajo efectuado. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si la temperatura inicial fuese 800oC?

Solución:

EJEMPLO 6-E1 Un tanque cuyo volumen se desconoce se divide en dos partes mediante una membrana. Un lado contiene 0.02 m3 de R-12, líquido saturado, a 0.7 MPa, mientras que el otro lado está vacío. Se remueve la membrana, y el R-12 llena todo el volumen. Si el estado final está a 200 kPa, calidad del 90%, determine el volumen del tanque, la transferencia de calor y la entropía generada. La temperatura atmosférica es de 30oC. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si la presión final fuese 300 kPa?
 
 


Solución:

EJEMPLO 6-AB1 Un bloque de aluminio de 40 kg a 90oC es puesto en el interior de un tanque aislado que contiene 0.5 m3 de agua líquida a 20oC. Determine la entropía generada en este proceso. 
 
 


Solución:

EJEMPLO 6-BB1 Un tanque rígido de 0.5 m3 que contiene hidrógeno a 40oC, 200 kPa es conectado a otro tanque rígido de 1 m3 que contiene hidrógeno a 20oC, 600 kPa. Se abre la válvula y se permite al sistema alcanzar el equilibrio térmico con los alrededores a 15oC. Determine la presión final, transferencia de calor y la generación de entropía.


Solución:

EJEMPLO 6-EE1 Dos tanques aislados se conectan como muestra la figura 1. El tanque A está a  200 kPa, v=0.4 m3/kg, V=1 m3 y el tanque B contiene 3.5 kg a 0.5 MPa, 400oC. Se abre la válvula y ambos llegan a un estado uniforme. Encuentre la presión y temperatura finales y la entropía generada por el proceso de mezcla. 

Solución:

EJEMPLO 6-A1 Una bomba de 5 kW eleva agua hasta una elevación de 25 metros por sobre la superficie libre de un lago. La temperatura del agua se incrementa en 0.1oC. Despreciando la energía cinética, determine (a) la tasa de flujo másico, y (b) la entropía generada en el sistema y sus alrededores. Suponga que la temperatura ambiente es de 20oC. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si estuviese operando una bomba de 10 kW? 

Solución:

EJEMPLO 6-B1 Gas argón entra a un compresor adiabático a 100 kPa y 25oC con una velocidad de 20 m/s, y sale de él a 1 MPa, 550oC y 100 m/s. El área de admisión del compresor es de 75 cm2. Asumiendo que los alrededores están a 100 kPa, 25oC, determine la tasa de generación de entropía de este dispositivo y sus alrededores. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si el área de admisión fuese de 100 cm2?

Solución:

EJEMPLO 6-C1 Entra dióxido de carbono a una tobera a 35 psia, 1400oF, y 250 pies/s (ft/s) y sale a 12 psia y 1200oF. Asumiendo que la tobera es adiabática y que los alrededores están a 14.7 psia, 65oF, determine (a) la velocidad de salida, y (b) la tasa de generación de entropía del dispositivo y los alrededores. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si el dióxido de carbono ingresara a la tobera a 500 pies/s?

Solución:

EJEMPLO 6-E1 Entra vapor a una turbina adiabática permanentemente a 6 MPa y 600 oC, 50 m/s, y sale a 50 kPa y 100oC y 150 m/s. La turbina produce 5 MW. Si la condición ambiental es de 100 kPa, 25oC, determine la tasa de generación de entropía para el dispositivo y sus alrededores. Desprecie la energía potencial. Cambio de escenario: ¿Cuál sería la conclusión si la turbina produjese 10 MW?.

Solución:

EJEMPLO 6-E2 Entra vapor a una tobera adiabática permanentemente a 3 MPa, 670 K, 50 m/s, y sale a 2 MPa. Si la tobera tiene un área de entrada de 7 cm2 y una eficiencia adiabática del 90%, determine (a) la velocidad de salida y (b) la tasa de generación de entropía si la temperatura ambiente es de 300 K. Desprecie la energía potencial. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si la eficiencia adiabática fuese de un 80%?

Solución:

EJEMPLO 6-F1 Se estrangula refrigerante-12 mediante una válvula desde el estado de líquido saturado a 800 kPa a una presión de 150 kPa a una tasa de flujo de 0.5 kg/s. Asumiendo que las condiciones de los alrededores son 100 kPa, 25oC, determine la tasa de generación de entropía.

Solución:

EJEMPLO 6-H1 Entra refrigerante-134a a un compresor adiabático como vapor saturado a 120 kPa a una tasa de 1 m3/min y sale a 1 MPa. El compresor tiene una eficiencia adiabática de 85%. Asumiendo que las condiciones de los alrededores son 100 kPa, 25oC, determine (a) la potencia real, y (b) la tasa de generación de entropía. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si el compresor tuviese una eficiencia adiabática del 70%?

Solución:

EJEMPLO 6-EE1 Agua líquida a 100 kPa y 10oC es calentada mezclándola con una cantidad desconocida de vapor a 100 kPa y 200oC. El agua líquida entra a la cámara a 1 kg/s, y la cámara pierde calor a una tasa de 500 kJ/min con el ambiente a 25oC. Si la mezcla sale a 100 kPa y 50oC, determine (a) la tasa de flujo másico del vapor, y (b) la tasa de generación de entropía durante la mezcla. 

Solución:

EJEMPLO 6-EEE1 Entra vapor a un calentador de agua de admisión de tipo cerrado a 1.1 MPa y 200oC y sale como líquido saturado a la misma presión. El agua de admisión entra al calentador a 2.5 MPa y 50oC y sale 12oC por debajo de la temperatura de salida del vapor. Despreciando cualquier pérdida de calor, determine (a) la tasa de flujo de másico y (b) la tasa de generación de entropía del dispositivo y sus alrededores. Suponga que los alrededores está a 20oC. Cambio de escenario: ¿Cuál sería el resultado si el agua de alimentación sale 30oC por debajo de la temperatura de salida del vapor?

Solución:

EJEMPLO 6-BB1 Un dispositivo cilindro-émbolo contiene inicialmente 0.2 m3 de neón a 20oC. La masa del pistón es tal que se mantiene una presión constante de 200 kPa en el interior. Se abre entonces una válvula y se permite que escape neón hasta que el volumen se reduce a la mitad del volumen inicial. Al mismo tiempo, ocurre transferencia de calor con el exterior a 20oC, la cual asegura que la temperatura en el interior permanezca constante. Determine (a) la tranferencia de calor, y (b) la generación de entropía por el dispositivo y sus alrededores. 

Solución:

EJEMPLO 6-EE1 Un tanque de 0.5 m3 contiene inicialmente agua líquida saturada a 200oC. En el fondo del tanque, se abre una válvula y el estanque es vaciado. Se transfiere calor desde una fuente a 300oC para mantener una temperatura constante dentro del tanque. Determine (a) la transferencia de calor y (b) la generación de entropía del dispositivo y sus alrededores. Suponga que los alrededores se encuentren a 300oC y 100 kPa. Cambio de escenario: ¿Cuál será el resultado si el tanque inicialmente tuviese agua líquida saturada a 100oC?

Solución:

EJEMPLO 6-FF1 Un tanque de 0.2 m3 contiene inicialmente R-12 a 1 MPa y x=1. Se carga el tanque hasta una presión de 1.2 MPa, x=0 desde una línea de abastecimiento que lleva R-12 a 1.5 MPa, 30oC. Determine (a) el calor transferido, y (b) la generación de entropía del dispositivo y sus alrededores. Suponga que la temperatura de los alrededores es 50oC.

Solución:



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