Actividad 4. Unidad 1 Entrenamiento exergtico

Problema 1.- Un mtodo de satisfacer la demanda adicional de potencia en los periodos

pico es bombear algo de agua de un gran cuerpo de agua (como un lago) a un depsito de

agua a mayor elevacin en los tiempos de baja demanda y generar electricidad en los

tiempos de alta demanda dejando que esta agua baje y haga girar una turbina (es decir,

convertir la energa elctrica en energa potencial y luego nuevamente a energa

elctrica). Para una capacidad de almacenamiento de energa de 5x106 kWh, determine la

cantidad mnima de agua que se necesita almacenar a una elevacin promedio (relativa al

nivel del suelo) de 75m. Respuesta: 2.45x1010

kg

Problema 2.-Un congelador se mantiene a 20 F quitndole calor a razn de 75 Btu/min.

La potencia consumida por el congelador es de 0.70 hp, y el aire del entorno est a 75 F.

Determine a) la potencia reversible, b) la irreversibilidad y c) la eficiencia segn la segunda

ley de este congelador. Respuesta: a)0.20 hp, b) 0.50 hp, c) 28.9 %

Problema 3.- Un dispositivo aislado de cilindro-mbolo contiene 0.05 m3 de vapor

saturado de refrigerante 134a a una presin de 0.8 MPa. El refrigerante se deja expandir

ahora de manera reversible, hasta que la presin cae a 0.2 MPa. Determine el cambio en

la exerga del reefrigerante durante este proceso y el trabajo reversible. Suponga que el

entornoest a 25C y 100 kPa. (Tabla A-11- Tabla A-13) Respuesta: 38.5 kJ

Problema 4.- Un dispositivo de cilindro-mbolo contiene inicialmente 2 L de aire a 100 kPa

y 25 C. El aire se comprime ahora a un estado final de 600 kPa y 150 C. La entrada de

trabajo til es 1.2 kJ. Suponiendo que el entorno est a 100 kPa y 25 C, determine a) la

exerga del aire en los estados inicial y final; b) el trabajo mnimo que se debe suministrar

para llevar a cabo el proceso de compresin, y c) la eficiencia segn la segunda ley de este

proceso. (Tabla A-2)

Respuestas: a)0, 0.171 kJ; b) 0.171 kJ, c) 14.3 %.

Consideraciones: 1.- El aire es un gas ideal con calores especficos constantes. 2.- Las

energas cinticas y potencial son despreciables.

Problema 5.- Un tanque rgido esta dividido en dos partes iguales mediante una mampara.

Un lado del tanque contiene 1.5 kg de agua lquida comprimida a 300 kPa y 60 C y el otro

lado se pone al vaco. Ahora se quita la mampara y el agua se expande para llenar todo el

tanque. Si la presin final del tanque es de 15 kPa, determine la exerga destruida durante

este proceso. Suponga que el entorno esta a 25 C y 100 kPa. (tabla A-4 a A-6)

Respuesta: 3.67 kJ

Consideraciones: Las energas cinetica y potencial son despreciables.

Problema 6.- Un dispositivo aislado de cilindro-mbolo contiene incialmente 30L de aire a

120 kPa y 25 C. Ahora se calienta aire durante 5 minutos mediante un calentador de

resistencia de 50 W colocado dentro del cilindro. La presin del aire se mantiene

constante durante este proceso y el entorno esta a 27 C y 100 kPa. Determine la exerga

destruida durante este proceso. (Tabla A-1)

Respuesta: 9.9 kJ

Problema 7.- Entra vapor de agua a un difusor a 10 kPa y 50 C con una velocidad de 300

m/s y sale como vapor saturado a 50 C y 70 m/s. El rea de salida del difusor es de 3 m2.

Determine a) el flujo msico del vapor y b) el potencial de trabajo desperdiciado durante

este procesor. Suponga que el entorno est a 25 C. (Tabla A-4 Tabla A-6) Respuesta:

a)17.46 kg/s,b) 238 kW

Problema 8.- Se estrangula vapor de 8 MPa y 450 C a 6 MPa. Determine el potencial de

trabajo desperdiciado durante este proceso de estrangulacin. Suponga que el entorno

est a 25C. (Tabla A-4 hasta A-6)

Respuesta: 36.6 kJ/kg.

Consideraciones: 1.- Es un proceso de flujo estable, ya que no hay cambio con el tiempo.

2.- Los cambios de energas cintica y potencial son despreciables. 3.- La temperatura del

entorno es de 25 C. 4.- La transferencia de calor es despreciable.

Problema 9.- Una turbina adiabtica opera con aire que entra a 550 kPa, 425 K y 150 m/s

y sale a 110 kPa, 325 K y 50 m/s. Determine la produccin real mxima de trabajo para

esta turbina en KJ/kg. Por qu los trabajos mximo y real no son iguales? Considere

T0=25 C. (Tabla A-2b, Tabla A-1)

Respuesta: 111.1 kJ/kg, 167. 9 kJ/kg

Problema 10.- Un compresor comprime aire de 95 kPa y 27 C a 600 kPa y 277 C a razn

de 0.06 kg/s. Despreciando los cambios en energas cintica y potencial y suponiendo que

el entorno est a 25 C. Determine el suministro de potencia reversible para este proceso.

(Tabla A-1, Tabla A-17)

Respuesta: 13.7 kW

Consideraciones: Se considera el aire como un gas ideal. No hay cambios en las energas

cintica y potencial.