precisa teoría termo

Marcos Alcaraz Precisa Teoría Termo Fabio Rojas

PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS Sustancias puras, procesos de cambio de fase, diagramas de propiedades 3-1C ¿Cuál es la diferencia entre líquido saturado y líquido comprimido?

3-1C Un líquido que está a punto de evaporarse es líquido saturado; de lo contrario, se comprime líquido.

3-2C ¿Cuál es la diferencia entre vapor saturado y vapor sobrecalentado?

3-2C un vapor que está a punto de condensar está saturado de vapor; de lo contrario es vapor

sobrecalentado.

3-3C ¿Hay diferencia entre las propiedades intensivas del vapor saturado a determinada temperatura, y

del vapor que forma parte de un vapor húmedo a la misma temperatura?

3-3C No.

3-4C Si aumenta la presión de una sustancia durante un proceso de ebullición ¿aumentará también la

temperatura, o permanecerá constante? ¿Por qué?

3-4C La temperatura también aumentará ya que la ebullición o la saturación de la temperatura de una

sustancia pura depende de la presión.

3-5C ¿Por qué la temperatura y la presión son propiedades interdependientes en la región de vapor

húmedo?

3-5C Porque uno no puede variarse mientras mantiene la otra constante. En otras palabras, cuando se

cambia, también lo hace la otra.

3-6C ¿Cuál es la diferencia entre punto crítico y punto triple?

3-6C En el punto crítico del líquido saturado y los estados de vapor saturado son idénticos. En el punto

triple de las tres fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio.

3-7C ¿Es posible tener vapor de agua a –10 °C?

3-7C Sí.

3-8C Una señora cocina carne para su familia, en una cacerola a) destapada, b) tapada con una tapa ligera

y c) tapada con una tapa pesada. ¿En cuál caso será más corto el tiempo de cocinado? ¿Por qué?

3-8C Caso (c) cuando el pan está cubierto con una tapa pesada. Debido a que el más pesado de la tapa,

mayor es la presión en la cacerola, y por lo tanto mayor es la temperatura de cocción.

A presiones supercríticas.

3-9C ¿En qué difiere el proceso de ebullición a presiones supercríticas del proceso de ebullición a

presiones subcríticas?

3-9C no existe un proceso de cambio de fase distinta. El líquido de manera uniforme y gradualmente se

expande en un vapor. A presiones subcríticas, siempre hay una superficie distinta entre las fases.

Tablas de propiedades 3-10C Una olla con tapa que ajusta perfectamente, se pega con frecuencia después de cocinar, y es muy

difícil destaparla cuando la olla se enfría. Explique por qué sucede eso, y qué haría para quitar la tapa.

3-10C Una olla de ajuste perfecto y su tapa a menudo se adhieren después de la cocción como resultado

del vacío creado dentro de la temperatura y por lo tanto la presión de saturación correspondiente dentro de

las gotas de la sartén. Una manera fácil de quitar la tapa es para recalentar la comida. Cuando la

temperatura se eleva a nivel de ebullición, la presión se eleva a valor atmosférico y por lo tanto la tapa se

venir a la derecha.

3-11C Se sabe bien que el aire caliente en un ambiente frío sube. Ahora imagine una mezcla caliente de

aire y gasolina, en la parte superior de un recipiente con gasolina. ¿Cree usted que esta mezcla sube en un

ambiente más frío?

3-11C La masa molar de la gasolina (C8H18) es de 114 kg / kmol, que es mucho mayor que la masa

molar de aire que es 29 kg / kmol. Por lo tanto, el vapor de gasolina se establecerá en vez de elevarse

incluso si es a una temperatura mucho más alta que el aire circundante. Como resultado, la mezcla de aire

cálido y gasolina en la parte superior de un gasolina abierta lo más probable es asentarse en lugar de subir

en un ambiente más fresco


3-12C ¿Debe ser igual la cantidad de calor absorbido cuando hierve 1 kg de agua saturada a 100 °C, a la

cantidad de calor desprendido cuando se condensa 1 kg de vapor húmedo a 100 °C?

3-12C Sí. De lo contrario, podemos crear energía alternativamente vaporización y condensación de una

sustancia.

3-13C ¿Tiene algún efecto el punto de referencia seleccionado para una sustancia, sobre un análisis

termodinámico? ¿Por qué?

3-13C No. Porque en el análisis termodinámico nos ocupamos de los cambios en las propiedades; y los

cambios son independientes del estado de referencia seleccionado.

3-14C ¿Cuál es el significado físico de hfg? ¿Es posible obtenerlo a partir de hf y hg? ¿Cómo?

3-14C El término hfg representa la cantidad de energía necesaria para vaporizar una unidad de masa de

líquido saturado a una temperatura o presión especificada. Se puede determinar a partir de hfg = hg - hf.

3-15C ¿Cambia hfg con la presión? ¿Cómo cambia?

3-15C Sí. Se disminuye con el aumento de presión y se convierte en cero en la presión crítica.

3-16C ¿Es cierto que se necesita más energía para evaporar 1 kg de agua líquida saturada a 100 °C que a

120 °C?

3-16C Sí; cuanto mayor es la temperatura menor es el valor de HFG.

Calidad

3-17C ¿Qué es la calidad? ¿Tiene algún significado en la región de vapor sobrecalentado?

3-17C es la fracción de vapor en una mezcla líquido-vapor saturado. No tiene ningún sentido en la región

de vapor sobrecalentado.

3-18C ¿Qué proceso requiere más energía: evaporar por completo 1 kg de agua líquida saturada a 1 atm

de presión o evaporar por completo 1 kg de agua líquida saturada a 8 atm de presión?

3-18C vaporización Completamente 1 kg de líquido saturado a 1 atm de presión ya que la mayor sea la

presión, menor es la HFG.

3-19C ¿Se puede expresar la calidad de un vapor como la relación del volumen ocupado por la fase vapor

entre el volumen total? Explique por qué.

3-19C No. calidad es una relación de masa, y no es idéntica a la relación de volumen.

3-20C En ausencia de tablas de líquido comprimido, ¿cómo se determina el volumen específico de un

líquido comprimido a determinadas condiciones de P y T?

3-20C El líquido comprimido se puede aproximar como un líquido saturado a la temperatura dada. Así

Hielo

3-21C William Cullen fabricó hielo en Escocia, en 1775, evacuando el aire en un recipiente con agua.

Explique cómo funciona ese proceso, y cómo se podría hacer más eficiente.

3-21C Se puede hacer por evacuar el aire en un tanque de agua. Durante la evacuación, el vapor también

se lanza hacia fuera, y por lo tanto la presión de vapor en el tanque cae, causando una diferencia entre las

presiones de vapor a la superficie del agua y en el tanque. Esta diferencia de presión es la fuerza

impulsora de vaporización, y hace que el líquido se evapore. Sin embargo, el líquido debe absorber el

calor de vaporización antes de que pueda vaporizarse, y se absorbe desde el líquido y el aire en la

vecindad, causando que la temperatura en el tanque para soltar. El proceso continúa hasta que el agua

comience la congelación. El proceso puede hacerse más eficiente mediante el aislamiento del tanque

también de modo que todo el calor de vaporización viene esencialmente del agua.

Gas ideal 3-69C ¿Cuál es la diferencia entre masa y masa molar? ¿Cómo se relacionan?

3-69C La masa m es simplemente la cantidad de la materia; masa molar es la masa de un mol en gramos

o la masa de un kmol en kilogramos. Estos dos están relacionados entre sí por m = NM, donde N es el

número de moles.

3-70C ¿Bajo qué condiciones es adecuada la suposición de gas ideal para los gases reales?

3-70C Un gas puede ser tratado como un gas ideal cuando está a una temperatura alta o lotemperature

y presión.


3-71C ¿Cuál es la diferencia entre R y Ru? ¿Cómo se relacionan las dos?

3-71C R u es la constante universal de los gases que es el mismo para todos los gases mientras que R es

tfor diferentes gases. Estos dos están relacionados entre sí por R = R u / M, donde M es la masa molar

del gas.

3-72C El propano y el metano se usan con frecuencia para calefacción en invierno, y las fugas de esos

combustibles, aun durante periodos cortos, son un peligro de incendio para los hogares. ¿Qué fuga de gas

cree usted que produce mayores riesgos de incendio? Explique por qué.

3-72C Propano (masa molar = 44,1 kg / kmol) plantea un mayor peligro de incendios que metpropane

es más pesado que el aire (masa molar = 29 kg / kmol), y se asentará cerca del flolighter que el aire y por

lo tanto, se levantará y fuga a cabo.


ANÁLISIS DE ENERGÍA DE SISTEMAS CERRADOS Trabajo de frontera móvil 4-1C ¿Es siempre cero el trabajo de la frontera asociado con los sistemas de volumen constante?

4-1C Sí.

4-2C Un gas ideal se expande de un estado especificado hasta un volumen final fijo dos veces, primero a

presión constante y después a temperatura constante. ¿Para cuál caso el trabajo efectuado es mayor?

4-2c El área bajo la curva de proceso, y por tanto el trabajo de frontera hecho, es mayor en el caso de

presión constante.

4-47C En la relación _u _ mcv _T, ¿cuál es la unidad correcta de cv, kJ/kg · °C o kJ/kg · K?

4-47C Puede ser. La diferencia de temperatura tanto en las escalas K y ° C es el mismo.

4-48C La relación _u _ mcv,prom_T ¿está restringida a procesos de volumen constante, o se puede usar

en cualquier proceso de un gas ideal?

4-48C Se puede utilizar para cualquier tipo de proceso de un gas ideal.

4-49C La relación _h _ mcp,prom_T ¿está restringida a procesos de presión constante, o se puede usar en

cualquier proceso de un gas ideal?

4-49C Se puede utilizar para cualquier tipo de proceso de un gas ideal.

4-50C ¿Es igual la energía requerida para calentar aire de 295 a 305 K, que la necesaria para calentarlo de

345 a 355 K? Suponga que en ambos casos la presión permanece constante.

4-50C Muy cerca, pero no. Debido a que la transferencia de calor durante este proceso

es Q = mc p Δ T, y c p varía con la temperatura.

4-51C Una masa fija de un gas ideal se calienta de 50 a 80 °C a la presión constante de a) 1 atm y b) 3

atm. ¿En qué caso cree usted que será mayor la energía requerida? ¿Por qué?

4-51C La energía requerida es mc p Δ T, que será el mismo en ambos casos. Esto es porque el c p de un

gas ideal no varía con la presión.

4-52C Una masa fija de un gas ideal se calienta de 50 a80 °C al volumen constante e igual a a) 1 m3 y b)

3 m3. ¿En cuál caso cree usted que será mayor la energía requerida? ¿Por qué?

4-52C La energía requerida es mc p Δ T, que será el mismo en ambos casos. Esto es porque el c p de un

gas ideal no varía con el volumen.

4-53C Cuando se efectúa determinado cambio de temperatura ¿cuál de los dos gases siguientes, aire u

oxígeno, tiene mayor cambio de a) entalpía, h, y b) energía interna, u? VER

4-53C Modelado tanto gases como gases ideales con calores específicos constantes, tenemos TchTcu p Δ

= ΔΔ = Δ v

Desde ambos gases se someten al mismo cambio de temperatura, el gas con la mayor c v experimentará el

mayor cambio en la energía interna. Del mismo modo, el gas con el mayor c p tendrá el mayor cambio de

entalpía. La inspección de la Tabla A-2 a indica que el aire experimentará el mayor cambio en ambos

casos.

4-54C Demuestre que Cp = Cv +Ru para un gas ideal. VER

4-54c El resultado deseado se obtiene multiplicando la primera relación de la masa molar M,

4-62C ¿Es posible comprimir isotérmicamente un gas ideal, en un dispositivo adiabático de cilindro-

émbolo? Explique por qué.

4-62C No, no lo es. Esto es porque la primera relación ley Q - W = Δ T se reduce a W = 0 en este caso ya

que el sistema es adiabático (Q = 0) y Δ T = 0 para los procesos isotérmicos de los gases ideales. Por lo

tanto, este sistema adiabático no puede recibir cualquier trabajo neto a temperatura constante.


ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA DE VOLÚMENES DE CONTROL

Conservación de masa

5-1C Defina los flujos másico y volumétrico. ¿Cómo se relacionan entre sí?

5-1C Velocidad de flujo masa es la cantidad de la masa fluye a través de una sección transversal por

unidad de tiempo mientras que la tasa de flujo de volumen es la cantidad de volumen que fluye a través

de una sección transversal por unidad de tiempo.

5-2C ¿Cuándo es estacionario el flujo que pasa por un volumen de control?

5-2C flujo a través de un volumen de control es constante cuando se trata de cambios con el tiempo en

cualquier posición especificada.

5-3C ¿La cantidad de masa que entra a un volumen de control tiene que ser igual a la cantidad de masa

que sale durante un proceso de flujo no estacionario?

5-3c La cantidad de masa o energía que entra en un volumen de control no tiene que ser igual a la

cantidad de masa o energía dejando durante un proceso de inestabilidad de flujo.

5-4C Considere un dispositivo con una entrada y una salida. Si los flujos volumétricos en la entrada y en

la salida son iguales, ¿el flujo por este dispositivo es necesariamente estable? ¿Por qué?

5-4C No, un flujo con la misma tasa de flujo de volumen en la entrada y la salida no es necesariamente

constante (a menos que la densidad es constante). Para ser constante, la tasa de flujo de masa a través

del dispositivo debe permanecer constante.

Trabajo de flujo y transporte convectivo de energía 5-18C ¿Cuáles son los diferentes mecanismos para transferir energía hacia o desde un volumen de

control?

5-18C La energía puede ser transferida hacia o desde un volumen de control en forma de calor, las

diversas formas de trabajo, y en masa.

5-19C ¿Qué es energía de flujo? ¿Poseen energía de flujo los fluidos en reposo?

5-19C Flujo de energía o el flujo de trabajo es la energía necesaria para empujar un fluido dentro o fuera

de un volumen de control. Fluidos en reposo no tengan ninguna energía de flujo.

5-20C ¿Cómo se comparan las energías de un fluido que fluye y un fluido en reposo? Describa las formas

específicas de energía asociada en cada caso.

5-20c Fluidos fluye poseen la energía de flujo, además de las formas de energía de un fluido en reposo

posee. La energía total de un fluido en reposo consta de energías internas, cinéticas y potenciales. La

energía total de un fluido que fluye consiste interna, cinética, potencial, y las energías de flujo.

Balance de E. en flujo estacionario

5-25C Un sistema de flujo estacionario ¿puede implicar un trabajo de la frontera?

5-25C No.

5-26C Un difusor es un dispositivo adiabático que disminuye la energía cinética del fluido al

desacelerarlo. ¿Qué sucede con esa energía cinética perdida?

5-26C Se convierte principalmente a la energía interna, como se muestra por un aumento en la

temperatura del fluido.

5-27C La energía cinética de un fluido aumenta a medida que se acelera en una tobera adiabática. ¿De

dónde procede esa energía cinética?

5-27C La energía cinética de un fluido aumenta a expensas de la energía interna como se evidencia por

una disminución en la temperatura del fluido.


5-28C ¿Es deseable transferir calor hacia o desde el fluido, cuando pasa por una tobera? ¿Cómo afectará

la transferencia de calor a la velocidad del fluido en la salida de la tobera?

5-28C La transferencia de calor al fluido a medida que fluye a través de una boquilla es deseable, ya que

es probable que aumentar la energía cinética del fluido. La transferencia de calor desde el fluido

disminuirá la velocidad de salida.

Turbinas y compresores

5-43C Una turbina adiabática está trabajando en estado estacionario. ¿Debe ser igual el trabajo efectuado

por la turbina, a la disminución de la energía del vapor que pasa por ella?

5-43C Sí.

5-44C Un compresor de aire trabaja en estado estacionario. ¿Cómo compararía usted el de flujo

volumétrico a la entrada y a la salida del compresor?

5-44C La velocidad de flujo de volumen en la entrada del compresor será mayor que en la salida del

compresor.

5-45C ¿Aumentará la temperatura del aire al comprimirlo en un compresor adiabático?

5-45C Sí. Puesto que la energía (en la forma de trabajo en el eje) está siendo añadido a la del aire.

5-46C Alguien propone el siguiente sistema para enfriar una casa durante el verano: comprimir el aire

exterior normal, dejarlo enfriar a la temperatura del exterior, pasarlo por una turbina e introducirlo en la

casa. Desde el punto de vista termodinámico ¿es lógico el sistema que se propone?

5-46C No.

5-62C Alguien dice, basándose en mediciones de temperatura, que la temperatura de un fluido aumenta

durante un proceso de estrangulamiento, en una válvula bien aislada, con fricción despreciable. ¿Cómo

valora usted esa afirmación? ¿Viola este proceso alguna ley de la termodinámica?

5-62C La temperatura de un fluido puede aumentar, disminuir, o permanecer el mismo durante un

proceso de estrangulamiento. Por lo tanto, esta afirmación es válida ya que no hay leyes de la

termodinámica son violados.

5-63C ¿Espera usted que la temperatura del aire baje cuando pasa por un proceso estacionario de

estrangulamiento? Explique por qué.

5-63C No. Dado que el aire es un gas y h = ideales h (t) para los gases ideales. Así, si h se mantiene

constante, también lo hace la temperatura.

5-64C ¿Espera usted que cambie la temperatura de un líquido en un proceso de estrangulamiento?

Explique por qué.

5-64C Si permanece en la fase líquida, no. Pero si algo del líquido se vaporiza durante el

estrangulamiento, entonces sí.

5-65C Durante un proceso de estrangulación, la temperatura de un fluido baja de 30 a _20 °C. ¿Puede

proceder adiabáticamente ese proceso?

5-65C Sí.

Cámaras mezcladoras e intercambiadores de calor 5-72C Considere un proceso estacionario en una cámara mezcladora. ¿Bajo qué condiciones la energía

transportada al volumen de control, por los flujos que entran, será igual a la energía transportada por el

flujo que sale?

5-72C Bajo las condiciones de interacciones de calor y trabajo entre la cámara de mezcla y el medio

circundante.


5-73C En un intercambiador de calor que opera de una manera estacionaria se manejan dos flujos

distintos de fluidos. ¿Bajo qué condiciones será igual el calor perdido por un fluido igual a la cantidad de

calor ganado por el otro?

5-73C Bajo las condiciones de interacciones de calor y trabajo entre el intercambiador de calor y el medio

circundante.

5-74C Cuando dos flujos de fluidos se mezclan en una cámara ¿puede ser la temperatura de la mezcla

menor que las temperaturas de ambos flujos? Explique por qué.

5-74C Sí, si la cámara de mezcla está perdiendo calor al medio circundante.

LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Segunda Ley de la Termodinamica y depósitos de energía térmica.

6-1C Describa un proceso imaginario que satisfaga la primera ley pero que viole la segunda ley de la

termodinámica.

6-1c Transferencia de 5 kWh de calor a un hilo de resistencia eléctrica y la producción de 5 kWh de

electricidad.

6-2C Describa un proceso imaginario que satisfaga la segunda ley pero viole la primera ley de la

termodinámica.

6-2C Un calentador de resistencia eléctrica que consume 5 kWh de electricidad y suministros 6 kWh de

calor a una habitación.

6-3C Describa un proceso imaginario que viole tanto la primera como la segunda leyes de la

termodinámica.

6-3c Transferencia de 5 kWh de calor a un hilo de resistencia eléctrica y la producción de 6 kWh de

electricidad.

6-4C Un experimentador asegura haber subido la temperatura de una pequeña cantidad de agua a 150 °C

transfiriendo calor de vapor a alta presión a 120 °C. ¿Es ésta una aseveración razonable? ¿Por qué?

Suponga que no se usa en el proceso ni refrigerador, ni bomba de calor.

6-4C No. El calor no puede fluir desde un medio de baja temperatura a un medio de temperatura más alta.

6-5C ¿Qué es un depósito de energía térmica? Dé algunos ejemplos.

6-5C Un depósito térmico-energética es un cuerpo que puede suministrar o absorber cantidades finitas de

calor isotérmica. Algunos ejemplos son los océanos, los lagos y la atmósfera.

6-6C Considere el proceso de hornear papas en un horno convencional. ¿Se puede considerar el aire

caliente del horno como un depósito térmico? Explique.

6-6c Sí. Debido a que la temperatura del horno se mantiene constante sin importar la cantidad de calor se

transfiere a las patatas.

6-7C Considere la energía generada por un televisor. ¿Cuál es una selección adecuada para depósito de

energía térmico?

6-7c El aire que rodea la sala que alberga el televisor.

Maquinas térmicas y eficiencias térmicas.

6-8C ¿Es posible que una máquina térmica opere sin rechazar ningún calor de desecho a un depósito de

baja temperatura? Explique.

6-8c No. Tal motor viola el enunciado de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica.

6-9C ¿Cuáles son las características de todas las máquinas térmicas?

6-9C Motores calor son dispositivos cíclicos que reciben calor de una fuente, convertir algo de él para

trabajar, y rechazar el resto a un fregadero.


6-10C Los calentadores con base de tablilla son básicamente calentadores de resistencia eléctrica, y se

usan con frecuencia para calefacción de espacios. Una ama de casa asegura que sus calentadores con base

de tablilla, que tienen 5 años de uso, tienen una eficiencia de conversión del 100 por ciento. ¿Es esta

afirmación una violación de algunas leyes termodinámicas? Explique.

6-10C No. Debido a 100% de la obra se puede convertir en calor.

6-11C ¿Cuál es la expresión de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica?

6-11C Se expresa como "No motor térmico puede intercambiar calor con un solo depósito, y producir una

cantidad equivalente de trabajo".

6-12C ¿Una máquina térmica que tiene una eficiencia térmica de 100 por ciento viola necesariamente a)

la primera ley y b) la segunda ley de la termodinámica? Explique.

6-12C (a) No, (b) Sí. De acuerdo con la segunda ley, ningún motor térmico puede tener y eficiencia del

100%.

6-13C En ausencia total de fricción y de otras irreversibilidades, ¿puede una máquina térmica tener una

eficiencia de 100 por ciento? Explique.

6-13C No. Tal motor viola el enunciado de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica.

6-14C Las eficiencias de todos los dispositivos productores de trabajo, incluyendo las plantas

hidroeléctricas, ¿están limitadas por la expresión de Kelvin-Planck de la segunda ley? Explique.

C6-14 No. La limitación de Kelvin-Plank sólo se aplica a los motores térmicos; motores que reciben calor

y convierten algunos de que funcione.

6-15C Considere una cacerola de agua que se calienta a) colocándola en una parrilla eléctrica y b)

colocando un elemento calentador en el agua. ¿Cuál de los dos métodos es la manera más eficiente de

calentar el agua? Explique.

6-15C Método (b). Con el elemento de calentamiento en el agua, las pérdidas de calor al aire

circundante se reducen al mínimo, y por tanto el calentamiento deseado se puede lograr con menos

entrada de energía eléctrica.

Refrigeradores y BC

6-29C ¿Cuál es la diferencia entre un refrigerador y una bomba de calor?

6-29C La diferencia entre los dos dispositivos es una de propósito. El propósito de un refrigerador es para

eliminar el calor de un medio frío mientras que el propósito de una bomba de calor es suministrar calor a

un medio caliente.

6-30C ¿Cuál es la diferencia entre un refrigerador y un acondicionador de aire?

6-30C La diferencia entre los dos dispositivos es una de propósito. El propósito de un refrigerador es

eliminar calor de un espacio refrigerado mientras que el propósito de un acondicionador de aire es

eliminar el calor de un espacio de vida.

6-31C En un refrigerador, el calor se transfiere de un medio de menor temperatura (el espacio

refrigerado) a uno de mayor temperatura (el aire de la cocina). ¿Es ésta una violación de la segunda ley de

la termodinámica? Explique.

6-31C No. Debido a que el refrigerador consume trabajo para realizar esta tarea.

6-32C Una bomba de calor es un dispositivo que absorbe energía del aire exterior frío y la transfiere al

interior más cálido. ¿Es ésta una violación de la segunda ley de la termodinámica? Explique.

6-32C No. Debido a que la bomba de calor consume trabajo para realizar esta tarea.

6-33C Defina con sus propias palabras el coeficiente de desempeño de un refrigerador. ¿Puede ser mayor

que la unidad?


6-33C El coeficiente de rendimiento de un refrigerador representa la cantidad de calor extraído del

espacio refrigerado para cada unidad de trabajo suministrado. Puede ser mayor que la unidad.

6-34C Defina con sus propias palabras el coeficiente de desempeño de una bomba de calor. ¿Puede ser

mayor que la unidad?

6-34C El coeficiente de rendimiento de una bomba de calor representa la cantidad de calor suministrado

al espacio calentado para cada unidad de trabajo suministrado. Puede ser mayor que la unidad.

6-35C Una bomba de calor que se usa para calentar una casa tiene un COP (coeficiente de desempeño) de

2.5. Es decir, la bomba de calor entrega 2.5 kWh de energía a la casa por cada kWh de electricidad que

consume. ¿Es ésta una violación de la primera ley de la termodinámica? Explique.

6-35C No. La bomba de calor capta la energía a partir de un medio frío y la lleva a un medio caliente. No

lo crea.

6-36C Un refrigerador tiene un COP de 1.5. Es decir, el refrigerador remueve 1.5 kWh de energía del

espacio refrigerado por cada kWh de electricidad que consume. ¿Es ésta una violación de la primera ley

de la termodinámica? Explique.

6-36C No. El refrigerador capta la energía a partir de un medio frío y la lleva a un medio caliente. No lo

crea.

6-37C ¿Cuál es la expresión de Clausius de la segunda ley de la termodinámica?

6-37C No dispositivo puede transferir calor desde un medio frío a un medio caliente sin necesidad de un

calor o trabajar de entrada de los alrededores.

6-38C Demuestre que las expresiones de Kelvin-Planck y de Clausius de la segunda ley son equivalentes.

6-38C La violación de una declaración conduce a la violación de la otra, como se muestra en la Sec. 6-4, y

así llegamos a la conclusión de que las dos afirmaciones son equivalentes.

Procesos reversibles e irreversibles

6-60C Demuestre que los procesos que usan trabajo para

mezclar son irreversibles considerando un sistema adiabático cuyo contenido se agita haciendo girar una

rueda de paletas dentro del sistema (por ejemplo, batir una mezcla de pastel

con un mezclador eléctrico).

6-60C procesos de agitación adiabáticos son irreversibles porque la energía almacenada dentro del

sistema no puede ser liberado espontáneamente en una casa para hacer que la masa del sistema para

activar la rueda de paletas en la dirección opuesta para hacer el trabajo sobre el entorno.

6-61C Demuestre que los procesos que incluyen reacciones químicas rápidas son irreversibles

considerando la combustión de una mezcla de gas natural (por ejemplo metano) y aire en un contenedor

rígido.

6-61C Las reacciones químicas de los procesos de combustión de una mezcla de gas y aire natural

generarán dióxido de carbono, agua y otros compuestos y dará a conocer la energía térmica a un entorno

más bajas temperaturas. Es poco probable que los alrededores volverán esta energía al sistema de

reacción y los productos de combustión reaccionar espontáneamente a reproducir el gas natural y la

mezcla de aire.

6-62C Una bebida enlatada fría se deja en un cuarto más caliente, donde su temperatura se eleva como

consecuencia de la transferencia de calor. ¿Es éste un proceso reversible? Explique.

6-62C No. Debido a que implica la transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita.

6-63C Un bloque se desliza hacia abajo por un plano inclinado, con fricción y sin fuerza restrictiva. ¿Este

proceso es reversible o irreversible? Justifique su respuesta.

6-63C Este proceso es irreversible. Como las diapositivas cuadra abajo del avión, suceden dos cosas, (a)

la energía potencial del bloque disminuye, y (b) el bloque y el plano de calentamiento debido a la fricción

entre ellos. La energía potencial que ha sido liberado puede ser almacenado en alguna forma en el entorno


(por ejemplo, tal vez en un resorte). Cuando restauramos el sistema a su estado original, tenemos que (a)

restaurar la energía potencial levantando el bloque de nuevo a su elevación original, y (b) enfriar el

bloque y el plano de nuevo a sus temperaturas originales.

La energía potencial puede ser restaurada mediante la devolución de la energía que se almacena durante

el proceso original como el bloque disminuyó su elevación y se libera energía potencial. La parte del

entorno en el que esta energía se había almacenados sería entonces volver a su estado original como la

elevación del bloque se restaura a su estado original.

Con el fin de enfriar el bloque y el plano a sus temperaturas de originales, tenemos que eliminar el calor

del bloque y el plano. Cuando este calor se transfiere a los alrededores, algo en los alrededores tiene

que cambiar su estado (por ejemplo, tal vez calentamos un poco de agua en los alrededores). Este

cambio en el entorno es permanente y no se puede deshacer. Por lo tanto, el proceso original es

irreversible.

6-64C ¿Por qué se interesan los ingenieros en los procesos reversibles aun cuando nunca se puedan

lograr?

6-64C Debido a los procesos reversibles pueden ser abordados en la realidad, y forman los casos

límite. Dispositivos de producción de trabajo que operan en los procesos reversibles entregan la mayor

parte del trabajo, y trabajan dispositivos que operan en los procesos reversibles consumir la menor trabajo

que consume.

6-65C ¿Por qué un proceso de compresión no cuasiequilibrado necesita una mayor entrada de trabajo que

el correspondiente proceso de cuasiequilibrio?

6-65C Cuando el proceso de compresión es equilibrio no cuasi, las moléculas antes de la cara del pistón

no puede escapar lo suficientemente rápido, formando una zona de alta presión delante del pistón.Se

necesita más trabajo para mover el pistón en contra de esta región de alta presión.

6-66C ¿Por qué un proceso de expansión no cuasiequilibrado produce menos trabajo que el

correspondiente proceso de cuasiequilibrio?

6-66C Cuando un proceso de expansión no es cuasiequilibrio, las moléculas antes de la cara del pistón

no puede seguir el pistón lo suficientemente rápido, formando una región de baja presión detrás del

pistón. La menor presión que empuja el pistón produce menos trabajo.

6-67C ¿Cómo distingue entre irreversibilidades internas y externas?

6-67C Las irreversibilidades que ocurren dentro de los límites del sistema son

irreversibilidades internas; aquellas que se producen fuera de los límites del sistema son

irreversibilidades externas.

6-68C ¿Un proceso reversible de compresión o expansión es necesariamente de cuasiequilibrio? ¿Una

expansión o compresión de cuasiequilibrio es necesariamente reversible? Explique.

6-68C Una expansión reversible o proceso de compresión no pueden implicar la expansión incontrolada

o la compresión repentina, y por lo tanto es cuasi-equilibrio. Un proceso de expansión cuasi-equilibrio o

compresión, por otra parte, puede implicar irreversibilidades externas (como la transferencia de calor a

través de una diferencia de temperatura finita), y por lo tanto no es necesariamente reversible.

El ciclo de Carnot y los principios de Carnot 6-69C ¿Cuáles son los cuatro procesos que constituyen el ciclo de Carnot?

6-69C Los cuatro procesos que conforman el ciclo de Carnot son expansión isotérmica, la expansión

adiabática reversible, compresión isotérmica y compresión adiabática reversible.

6-70C ¿Cuáles son las dos afirmaciones que se conocen como principios de Carnot?

6-70C Ellos son (1) el rendimiento térmico de un motor térmico irreversible es menor que la eficiencia de

un motor de calor reversible que opera entre los mismos dos depósitos, y (2) la eficiencia térmica de todos

los motores de calor reversibles que operan entre la misma dos depósitos son iguales.


6-71C Alguien afirma haber desarrollado un nuevo ciclo reversible de máquina térmica que tiene una

eficiencia teórica más alta que el ciclo de Carnot operando entre los mismos límites de temperatura.

¿Cómo evalúa usted esta afirmación?

6-71C Falso. El segundo principio de Carnot que ningún ciclo motor térmico puede tener una eficiencia

térmica más alta que el ciclo de Carnot operando entre los mismos límites de temperatura.

6-72C Alguien afirma haber desarrollado un nuevo ciclo reversible de máquina térmica que tiene la

misma eficiencia teórica que el ciclo de Carnot entre los mismos límites de temperatura. ¿Es ésta una

afirmación razonable?

6-72C Sí. El segundo principio de Carnot que todos los ciclos reversibles motor de calor que operan entre

los mismos límites de temperatura tienen la misma eficiencia térmica.

6-73C ¿Es posible desarrollar un ciclo de máquina térmica a) real y b) reversible que sea más eficiente

que el ciclo de Carnot operando entre los mismos límites de temperatura? Explique.

6-73C (a) No, (b) No. Se violaría el principio de Carnot.

Máquinas térmicas de Carnot

6-74C ¿Hay alguna manera de aumentar la eficiencia de una máquina térmica de Carnot que no sea

aumentar TH o disminuir TL?

6-74C No.

6-75C Considere dos plantas eléctricas reales que operan con energía solar. Una planta recibe energía de

un estanque solar a 80 °C, y la otra la recibe de colectores concentradores que elevan la temperatura del

agua a 600 °C. ¿Cuál de estas plantas eléctricas tendrá una eficiencia más alta? Explique.

6-75C El uno que tiene una temperatura de la fuente de 600 ° C. Esto es cierto porque cuanto mayor es

la temperatura a la que se suministra calor al fluido de trabajo de un motor térmico, mayor será la

eficiencia térmica.

Refrigeradores y bombas de calor de Carnot 6-87C ¿Cómo se puede aumentar el COP de un refrigerador de Carnot?

6-87C Al aumentar T L o por la disminución de T H.

6-88C Un propietario de casa compra un nuevo refrigerador y un nuevo acondicionador de aire. ¿Cuál de

estos dos aparatos esperaría usted que tuviera un COP más alto? ¿Por qué?

6-88C La diferencia entre los límites de temperatura suele ser mucho mayor para un refrigerador de lo

que es para un acondicionador de aire. Cuanto menor sea la diferencia entre la temperatura limita un

refrigerador opera en, mayor es la COP. Por lo tanto, un acondicionador de aire debe tener un COP

superior.

6-89C Un propietario de casa compra un nuevo refrigerador sin compartimiento congelador, y un

congelador a muy baja temperatura para su cocina nueva. ¿Cuáles de estos aparatos esperaría usted que

tuviera un menor COP? ¿Por qué?

6-89C El congelador debe tener un COP inferior ya que opera a una temperatura mucho más baja, y en un

ambiente dado, la COP disminuye con la disminución de la temperatura de refrigeración.

6-90C En un esfuerzo para conservar la energía en un ciclo de máquina térmica, alguien sugiere

incorporar un refrigerador que absorba algo de la energía de desecho QL y la transfiera a la fuente de

energía de la máquina térmica. ¿Es ésta una idea inteligente? Explique.

6-90C No. En el mejor (cuando todo es reversible), el aumento en el trabajo producido será igual al

trabajo consumida por el refrigerador. En realidad, el trabajo consumido por el refrigerador siempre será

mayor que el trabajo adicional producido, lo que resulta en una disminución de la eficiencia térmica de la

planta de energía.


6-91C Está bien establecido que la eficiencia térmica de una máquina térmica aumenta al disminuir la

temperatura TL a la que se rechaza el calor de la máquina térmica. En un esfuerzo por aumentar la

eficiencia de una planta eléctrica, alguien sugiere refrigerar el agua de enfriamiento antes de que entre al

condensador, donde tiene lugar el rechazo de calor. ¿Estaría usted a favor de esta idea? ¿Por qué?

6-91C No. En el mejor (cuando todo es reversible), el aumento en el trabajo producido será igual al

trabajo consumida por el refrigerador. En realidad, el trabajo consumido por el refrigerador siempre será

mayor que el trabajo adicional producido, lo que resulta en una disminución de la eficiencia térmica de la

planta de energía.

6-92C Se sabe bien que la eficiencia térmica de las máquinas térmicas aumenta al incrementar la

temperatura de la fuente de energía. En un intento de aumentar la eficiencia de una planta eléctrica,

alguien sugiere transferir energía, mediante una bomba de calor, de la fuente disponible de energía a un

medio a temperatura más alta, antes de suministrar la energía a la planta eléctrica. ¿Qué piensa usted de

esta sugerencia? Explique.

6-92C Mala idea. En el mejor (cuando todo es reversible), el aumento en el trabajo producido será igual

al trabajo consumida por la bomba de calor. En realidad, el trabajo consumido por la bomba de calor

será siempre mayor que el trabajo adicional producido, lo que resulta en una disminución de la

eficiencia térmica de la planta de energía.

ENTROPÍA La entropía y el principio del incremento de entropía

7-1C ¿La integral cíclica del trabajo tiene que ser cero (es decir, un sistema tiene que producir tanto

trabajo como consume para completar un ciclo)? Explique.

7-1C No. Un sistema puede producir más trabajo (o menos) de la que recibe durante un ciclo. Una planta

de energía de vapor, por ejemplo, produce más trabajo de lo que recibe durante un ciclo, la diferencia es

el trabajo neto.

7-2C Un sistema experimenta un proceso entre dos estados especificados, primero de manera reversible y

luego de manera irreversible. ¿Para cuál caso es mayor el cambio de entropía? ¿Por qué?

7-2C El cambio de entropía será el mismo para ambos casos desde la entropía es una propiedad y tiene un

valor fijo en un estado fijo.

7-3C ¿El valor de la integral _1 2 dQ/T es el mismo para todos los procesos entre los estados 1 y 2?

Explique.

7-3C No. En general, integral que tendrá un valor diferente para diferentes procesos. Sin embargo, tendrá

el mismo valor para todos los procesos reversibles.

7-4C Para determinar el cambio de entropía para un proceso irreversible entre los estados 1 y 2, ¿debe

realizarse la integral _1 2 dQ/T a lo largo de la trayectoria real del proceso o a lo largo de una trayectoria

reversible imaginaria?

7-4C La integral se debe realizar a lo largo de una trayectoria reversible para determinar el cambio de

entropía.

7-5C ¿Un proceso isotérmico necesariamente es reversible internamente? Explique su respuesta con un

ejemplo.

7-5C No. Un proceso isotérmico puede ser irreversible. Ejemplo: Un sistema que implica el trabajo de

rueda de paletas mientras se pierde una cantidad equivalente de calor.

7-6C ¿Cómo se comparan los valores de la integral _1 2 dQ/T para un proceso reversible y un irreversible

entre los mismos estados inicial y final?

7-6C El valor de esta integral es siempre mayor para los procesos reversibles.


7-7C La entropía de una patata horneada caliente disminuye al enfriarse. ¿Es ésta una violación del

principio del incremento de entropía? Explique.

7-7C No. Debido a que la entropía del aire aumenta circundantes aún más durante ese proceso, por lo que

la entropía total cambio positivo.

7-8C ¿Es posible crear entropía? ¿Es posible destruirla?

7-8C Es posible crear entropía, pero no es posible para destruirlo.

7-9C Cuando un sistema es adiabático, ¿qué se puede decir acerca del cambio de entropía de la sustancia

en el sistema?

7-9C Si el sistema se somete a un proceso reversible, la entropía del sistema no puede cambiar sin

transferencia de calor. De lo contrario, la entropía debe aumentar ya que no hay cambios de entropía de

compensación asociadas con depósitos de intercambio de calor con el sistema.

7-10C El trabajo es libre de entropía, y algunas veces se afirma que el trabajo no cambia la entropía de un

fluido que pasa a través de un sistema adiabático de flujo estacionario con una sola entrada y una sola

salida. ¿Es ésta una afirmación válida?

7-10C La afirmación de que el trabajo no va a cambiar la entropía de un fluido que pasa a través de un

sistema de flujo estable adiabática con una sola entrada y la salida es cierto sólo si el proceso también es

reversible. Puesto que ningún proceso real es reversible, habrá un aumento de entropía en el fluido

durante el proceso adiabático en dispositivos tales como bombas, compresores y turbinas.

7-11C Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene gas helio. Durante un proceso reversible isotérmico, la

entropía del helio (nunca, a veces, siempre) aumentará.

7-11C A veces.

7-12C Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene gas nitrógeno. Durante un proceso reversible

adiabático, la entropía del nitrógeno (nunca, a veces, siempre) aumentará.

7-12C Nunca.

7-13C Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene vapor de agua sobrecalentado. Durante un proceso real

adiabático, la entropía del vapor (nunca, a veces, siempre) aumentará.

7-13C Siempre.

7-14C La entropía del vapor de agua (aumentará, disminuirá, quedará igual) cuando fluye por una

turbina real adiabática.

7-14C Aumentar

7-15C La entropía del fluido de trabajo del ciclo ideal de Carnot (aumenta, disminuye, queda igual)

durante el proceso isotérmico de adición de calor.

C7-15 Aumenta

7-16C La entropía del fluido de trabajo del ciclo ideal de Carnot (aumenta, disminuye, queda igual)

durante el proceso isotérmico de rechazo de calor.

7-16C Disminuye

7-17C Durante un proceso de transferencia térmica, la entropía de un sistema (siempre, a veces, nunca)

aumenta.

7-17C A veces.

7-18C El vapor de agua se acelera al fluir por una tobera real adiabática. La entropía del vapor en la

salida será (mayor que, igual a, menos que) la entropía en la entrada de la tobera.

7-18C Mayor que.


7-19C ¿Es posible que el cambio de entropía de un sistema cerrado sea cero durante un proceso

irreversible? Explique.

7-19C Sí.Esto ocurrirá cuando el sistema está perdiendo calor, y la disminución de la entropía como

resultado de esta pérdida de calor es igual al aumento en la entropía como resultado de irreversibilidades.

7-20C ¿Cuáles son los tres mecanismos diferentes que pueden hacer que cambie la entropía de un

volumen de control?

7-20C Son transferencia de calor, irreversibilidades, y el transporte de la entropía con la masa.

Cambios de entropía de sustancias puras 7-30C Un proceso que es internamente reversible y adiabático ¿es necesariamente isentrópico? Explique.

7-30C Sí, porque un proceso internamente reversible adiabática no implica irreversibilidades o

transferencia de calor.

Cambios de entropía de sustancias incompresibles 7-63C Considere dos bloques sólidos, uno caliente y el otro frío, que se ponen en contacto en un

contenedor adiabático. Después de un tiempo, se establece el equilibrio térmico en el contenedor como

resultado de la transferencia de calor. La primera ley exige que la cantidad de energía que pierde el sólido

caliente sea igual a la cantidad de energía que gana el frío. ¿La segunda ley exige que la disminución de

entropía del sólido caliente sea igual al aumento de entropía del frío?

7-63C No, porque la entropía no es una propiedad conservada.

Cambio de entropía de gases ideales

7-71C Algunas propiedades de los gases ideales tales como la energía interna y la entalpía varían sólo con

la temperatura [es decir, u = u(T) y h = h(T)]. ¿Es también éste el caso para la entropía?

7-71C No. La entropía de un gas ideal depende de la presión, así como la temperatura.

7-72C ¿La entropía de un gas ideal puede cambiar durante un proceso isotérmico?

7-72C La entropía de un gas puede cambiar durante un proceso isotérmico desde entropía de un gas ideal

depende de la presión, así como la temperatura.

7-73C Un gas ideal sufre un proceso entre dos temperaturas especificadas dos veces: primera vez, a

presión constante; y segunda vez, a volumen constante. ¿Para cuál caso experimentará el gas ideal un

mayor cambio de entropía? Explique.

7-73C Las relaciones de cambio de entropía de un gas ideal se simplifican a

Δ s = c p ln (T 2 / T 1) para un proceso de presión constante

y Δ s = c v ln (T 2 / T 1) para un proceso de volumen constante.

Tomando nota de que c p> c v, la variación de entropía será más grande para un proceso de presión

constante.

Trabajo reversible de flujo estacionario

7-104C En compresores grandes, a menudo se enfría el gas mientras se comprime, para reducir el

consumo de potencia del compresor. Explique cómo este enfriamiento reduce el consumo de potencia.

7-104C El trabajo asociado con los dispositivos de flujo estable es proporcional al volumen específico del

gas. Enfriar un gas durante la compresión reducirá su volumen específico, y por lo tanto la potencia

consumida por el compresor.


7-105C Las turbinas de vapor de las plantas termoeléctricas operan esencialmente bajo condiciones

diabáticas. Una ingeniera de planta sugiere acabar con esta práctica. Ella propone hacer pasar agua de

enfriamiento por la superficie exterior de la carcasa para enfriar el vapor que fluye por la turbina. De esta

manera, razona, la entropía del vapor disminuirá, el desempeño de la turbina mejorará y, como

consecuencia, la producción de trabajo de la turbina aumentará. ¿Cómo evaluaría usted esta propuesta?

7-105C el vapor de refrigeración medida que se expande en una turbina reducirá su volumen específico, y

por lo tanto la producción de trabajo de la turbina.Por lo tanto, esto no es una buena propuesta.

7-106C Es bien sabido que la potencia que consume un compresor se puede reducir enfriando el gas

durante la compresión. Inspirándose en esto, alguien propone enfriar el líquido que fluye por una bomba

para reducir el consumo de potencia de la bomba. ¿Apoyaría usted esta propuesta? Explique.

7-106C No nos apoyamos esta propuesta, ya que la entrada de un trabajo estable de flujo de la bomba es

proporcional al volumen específico del líquido, y el enfriamiento no afectará el volumen específico de un

líquido de manera significativa.

Eficiencias isentrópicas de dispositivos de flujo estacionario 7-120C ¿El proceso isentrópico es un modelo adecuado para compresores que se enfrían

intencionalmente? Explique.

7-120C No, porque el proceso isentrópico no es el modelo o proceso ideal para compresores que son

enfriados intencionalmente.

7-121C En un diagrama T-s, ¿el estado real de salida (estado 2) de una turbina adiabática tiene que estar

del lado derecho del estado isentrópico de salida (estado 2s)? ¿Por qué?

7-121C Sí. Debido a que la entropía del fluido debe aumentar durante un proceso adiabático real como

resultado de irreversibilidades. Por lo tanto, el estado de salida real tiene que estar en el lado derecho

del estado a la salida isentrópico.

CICLOS DE POTENCIA DE GAS Ciclos real e ideal, ciclo de Carnot, suposiciones de aire estándar y motores reciprocantes 9-1C ¿Cómo se compara, en general, la eficiencia térmica de un ciclo ideal con la de uno de Carnot que

opera entre los mismos límites de temperatura?

9-1c Es menos de la eficiencia térmica de un ciclo de Carnot.

9-2C ¿Qué representa el área encerrada por un ciclo en un diagrama P-v? ¿Qué pasa en el caso de un

diagrama T-s?

9-2c Representa el trabajo neto en ambos diagramas.

9-3C ¿Qué son las suposiciones de aire estándar?

9-3C Los supuestos estándar de aire son: (1) el fluido de trabajo es aire que se comporta como un gas

ideal, (2) todos los procesos son internamente reversible, (3) el proceso de combustión se sustituye por el

proceso de adición de calor, y ( 4) el proceso de escape se sustituye por el proceso de rechazo de calor

que devuelve el fluido de trabajo a su estado original.

9-4C ¿Cuál es la diferencia entre las suposiciones de aire estándar y las de aire estándar frío?

9-4C Los supuestos estándar de aire frío implica el supuesto adicional de que el aire puede ser tratada

como un gas ideal con calores específicos constantes a temperatura ambiente.

9-5C ¿Cuál es la diferencia entre el volumen de espacio libre y el volumen desplazado de los motores

reciprocantes?


9-5C El volumen de separación es el volumen mínimo formada en el cilindro, mientras que el volumen de

desplazamiento es el volumen desplazado por el pistón cuando el pistón se mueve entre el punto muerto

superior y el punto muerto inferior.

9-6C Defina la relación de compresión para motores reciprocantes.

9-6C Es la relación entre el volumen máximo al mínimo en el cilindro.

9-7C ¿Cómo se define la presión media efectiva para motores reciprocantes?

9-7C El MEP es la presión ficticia que, si se actúa sobre el pistón durante toda la carrera de potencia,

produciría la misma cantidad de trabajo de la red como el producido durante el ciclo real.

9-8C ¿La presión media efectiva en un motor de automóvil en operación puede ser menor que la presión

atmosférica?

9-8C Sí.

9-9C Cuando un carro se vuelve viejo, ¿cambia su relación de compresión? ¿Qué sucede con la presión

media efectiva?

9-9C Suponiendo que no hay acumulación de depósitos de carbón en la cara del pistón, la relación de

compresión seguirá siendo el mismo (de lo contrario aumentará). La presión media efectiva, por el

contrario, disminuirá a medida que un coche se hace mayor como resultado de desgaste.

9-10C ¿Cuál es la diferencia entre los motores de encendido por chispa y los de encendido por

compresión?

9-10C Difieren entre sí en la forma en la combustión se inicia; por una chispa en motores SI, y

comprimiendo el aire por encima de la temperatura de auto-ignición del combustible en los motores de

encendido.

9-11C Defina los siguientes términos relacionados con motores reciprocantes: carrera, calibre, punto

muerto superior y volumen de espacio libre.

9-11C es la distancia entre el TDC y BDC, diámetro interior es el diámetro del cilindro, TDC es la posición

del pistón cuando se forma el volumen más pequeño en el cilindro, y el volumen de holgura es el

volumen mínimo formada en el cilindro .

Ciclo de Otto

9-25C ¿Cómo se relacionan las rpm de un motor real de cuatro tiempos con el número de ciclos

termodinámicos? ¿Cuál sería su respuesta para un motor de dos tiempos?

9-25C Para los motores de cuatro tiempos reales, el número de revoluciones es el doble del número de

ciclos termodinámicos; para motores de dos tiempos, es igual al número de ciclos termodinámicos.

9-26C ¿Cómo se comparan las eficiencias del ciclo ideal de Otto y el ciclo de Carnot para los mismos

límites de temperatura? Explique.

9-26C El ciclo Otto ideal implica irreversibilidades externas, y por lo tanto tiene una menor eficiencia

térmica.

9-27C ¿Cuáles son los cuatro procesos que constituyen el ciclo de Otto ideal?

9-27C Los cuatro procesos que conforman el ciclo de Otto son (1) la compresión isoentrópica, (2) v =

adición de calor constante, (3) la expansión isoentrópica, y (4) v = rechazo de calor constante.

9-28C ¿Los procesos que constituyen el ciclo de Otto se analizan como procesos de sistema cerrado o

flujo estable? ¿Por qué?

9-28C se analizan como procesos de sistema cerrado porque no hay masa cruza los límites del sistema durante cualquiera de los procesos.

9-29C ¿Cómo cambia la eficiencia térmica de un ciclo ideal de Otto con la relación de compresión del

motor y la relación de calores específicos del fluido de trabajo?


9-29C Aumenta con ambos.

9-30C ¿Por qué no se usan altas relaciones de compresión en motores de ignición por chispa?

9-30C Debido a altas tasas de compresión hacen que la detonación del motor.

9-31C Un ciclo ideal de Otto con una relación de compresión especificada se ejecuta usando a) aire, b)

argón, c) etano como fluido de trabajo. ¿Para cuál caso será la eficiencia térmica la más alta? ¿Por qué?

9-31C La eficiencia térmica será la más alta para el argón, ya que tiene la proporción más alta de calor

específico, k = 1.667.

9-32C ¿Cuál es la diferencia entre los motores de gasolina con inyección de combustible y los motores

diesel?

9-32C El combustible se inyecta en el cilindro en ambos motores, pero se enciende con una bujía de

encendido en motores de gasolina.

Ciclo Diesel 6-46C ¿En qué se distingue un motor diesel de uno de gasolina?

9-46C Un motor diesel difiere del motor de gasolina en la forma en la combustión se inicia. En motores

diesel de combustión se inicia mediante la compresión del aire por encima de la temperatura de auto-

ignición del combustible mientras que es iniciado por una bujía de encendido en un motor de gasolina.

9-47C ¿En qué se distingue el ciclo ideal Diesel del ciclo ideal de Otto?

9-47C El ciclo de Diesel difiere del ciclo Otto en sólo el proceso de adición de calor; se lleva a cabo a

volumen constante en el ciclo de Otto, pero a presión constante en el ciclo Diesel.

9-48C Para una relación especificada de compresión, ¿es más eficiente un motor diesel o uno de

gasolina?

9-48C El motor de gasolina.

9-49C ¿Cuáles motores operan a relaciones de compresión más alta: los motores diesel o los de gasolina?

¿Por qué?

9-49C Motores Diesel operar a altas relaciones de compresión porque los motores diesel no tienen el

problema de la detonación del motor.

9-50C ¿Cuál es la relación de cierre de admisión? ¿Cómo afecta la eficiencia térmica de un ciclo Diesel?

9-50C Relación de cierre es la relación de los volúmenes del cilindro antes y después del proceso de

combustión. Como la relación de corte disminuye, la eficiencia del ciclo diesel aumenta.

Ciclos Stirling y Ericsson

9-70C ¿Cuál ciclo está compuesto de dos procesos isotérmicos y dos de volumen constante?

9-70C Ciclo El Stirling.

9-71C ¿En qué se distingue el ciclo ideal Ericsson del ciclo Carnot?

9-71C Los dos procesos isentrópicas del ciclo de Carnot se sustituyen por dos procesos de regeneración

presión constante en el ciclo de Ericsson.

9-72C Considere los ciclos ideales de Otto, Stirling y Carnot, operando entre los mismos límites de

temperatura. ¿Cómo compararía usted las eficiencias térmicas de estos tres ciclos?

9-72C las eficiencias de los Carnot y los ciclos Stirling sería el mismo, la eficiencia del ciclo de Otto sería

menor.


9-73C Considere los ciclos ideales Diesel, Ericsson y Carnot operando entre los mismos límites de

temperatura. ¿Cómo compararía usted las eficiencias térmicas de estos tres ciclos?

9-73C las eficiencias de los Carnot y los ciclos de Ericsson serían los mismos, la eficiencia del ciclo de

Diesel sería menor.

Ciclos ideales y reales de turbinas de gas (Brayton) 9-83C ¿Cuáles son los cuatro procesos que constituyen el ciclo Brayton ideal simple?

9-83C Ellos son (1) la compresión isoentrópica (en un compresor), (2) P = adición de calor constante, (3)

la expansión isoentrópica (en una turbina), y (4) P = rechazo de calor constante.

9-84C Para temperaturas máxima y mínima fijas, ¿cuál es el efecto de la relación de presiones sobre a) la

eficiencia térmica y b) la producción neta de trabajo de un ciclo Brayton ideal simple?

9-84C Para máximo fijo y temperaturas mínimas, (A) el aumento de la eficiencia térmica con relación de

presión, (b) el trabajo neto aumenta primero con la relación de presión, alcanza un máximo y, a

continuación, disminuye.

9-85C ¿Qué es la relación del trabajo de retroceso? ¿Cuáles son los valores típicos de relación del trabajo

de retroceso para ciclos de potencia de turbina de gas?

9-85C Relación de trabajo de espalda es la proporción del compresor (o bomba) trabajar entrada a la

salida de la turbina de trabajo. Por lo general es de entre 0,40 y 0,6 para motores de turbina de gas.

9-86C ¿Por qué son las relaciones del trabajo de retroceso relativamente altas en los ciclos de potencia de

turbina de gas?

9-86C En motores de turbina de gas de un gas se comprime, y por lo tanto los requisitos de trabajo de

compresión son muy grandes ya que el trabajo constante de flujo es proporcional al volumen específico.

9-87C ¿Cómo afectan las ineficiencias de la turbina y el compresor a) la relación del trabajo de retroceso

y b) la eficiencia térmica de un ciclo de potencia de turbina de gas?

9-87C Como resultado de la turbina y del compresor ineficiencias, (a) la parte posterior de relación de

trabajo aumenta, y (b) disminuye la eficiencia térmica.

Ciclo Brayton con regeneración

9-104C regeneración aumenta la eficiencia térmica de un ciclo Brayton mediante la captura de algunos de

los calor residual de los gases de escape y el precalentamiento del aire antes de que entre en la cámara de

combustión.

9-105C Sí. A relaciones de compresión muy altas, la temperatura del gas en la salida de la turbina puede

ser inferior a la temperatura a la salida del compresor. Por lo tanto, si estas dos corrientes se ponen en

contacto térmico en un regenerador, el calor fluirá a los gases de escape en lugar de a partir de los gases

de escape. Como resultado, la eficiencia térmica disminuirá.

9-106C La medida en que un regenerador se acerca a un regenerador ideal se llama ε eficacia, y se define

como ε = q regeneración, acto / q regeneración, máx.

9-107C (b) salida de la turbina.

9-108C El vapor inyectado aumenta la tasa de flujo de masa a través de la turbina y por lo tanto la

potencia de salida. Esto, a su vez, aumenta la eficiencia térmica desde W / Q en = Η y aumenta Wmientras

que en Q permanece constante. El vapor puede obtenerse mediante la utilización de la exh caliente

gases de Aust.

Ciclo Brayton con interenfriamiento, recalentamiento y regeneración 9-122C ¿Con qué modificaciones se aproximará el ciclo simple ideal de turbina de gas al ciclo Ericsson?


9-122C Como el número de etapas de compresión y de expansión se incrementan y se emplea la

regeneración, el ciclo Brayton ideal se acercará el ciclo de Ericsson.

9-123C Para una razón de presión específica, ¿por qué la compresión de etapas múltiples con

interenfriamiento disminuye el trabajo del compresor, y la expansión de etapas múltiples con

recalentamiento incrementa el trabajo de la turbina?

9-123C Debido a que el trabajo constante de flujo es proporcional al volumen específico del

gas. Intercooling disminuye el volumen medio específico del gas durante la compresión, y por lo tanto el

trabajo del compresor. El recalentamiento aumenta el volumen específico promedio del gas, y por lo tanto

la producción de trabajo de la turbina.

9-124C El proceso de compresión de una sola etapa de un ciclo Brayton ideal sin regeneración se

reemplaza por un proceso de compresión de etapas múltiples con interenfriamiento, entre los mismos

límites de presión. Como resultado de esta modificación:

a) ¿Aumenta, disminuye o permanece igual el trabajo del compresor?

b) ¿Aumenta, disminuye o permanece igual la relación del trabajo de retroceso?

c) ¿Aumenta, disminuye o permanece igual la eficiencia térmica?

9-124C (a) disminución, (b) disminución, y (c) disminuir.

9-125C (a) aumento, (b) disminución, y (c) disminuir.

9-126C (a) aumento, (b) disminución, (c) disminución, y (d) se incrementan.

9-127C (a) aumento, (b) disminución, (c) aumento, y (d) disminuir.

9-128C (c) La eficiencia del ciclo de Carnot (o Ericsson).

Ciclos de propulsión por reacción

9-136C ¿Qué es la potencia de propulsión? ¿Cómo se relaciona con el empuje?

9-136C La potencia desarrollada desde el empuje del motor se llama la potencia de propulsión. Es igual a

los tiempos de empuje de la velocidad de la aeronave.

9-137C ¿Qué es la eficiencia de propulsión? ¿Cómo se determina?

9-137C La relación de la potencia propulsora desarrollado y la velocidad de entrada de calor se llama la

eficiencia de propulsión. Se determina mediante el cálculo de estas dos cantidades por separado, y

teniendo su relación.

9-138C ¿El efecto de las irreversibilidades en la turbina y el compresor de un motor de propulsión por

reacción es de reducir a) el trabajo neto, b) el empuje o c) la tasa de consumo de combustible?

9-138C Se reduce la velocidad de salida, y por lo tanto el empuje.

CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR Y COMBINADOS Ciclos de vapor de Carnot 10-1C ¿Por qué el ciclo de Carnot no es un modelo realista para las centrales eléctricas de vapor?

10-1c El ciclo de Carnot no es un modelo realista para las plantas de energía de vapor debido a que (1) la

limitación de los procesos de transferencia de calor a sistemas de dos fases para mantener condiciones

isotérmicas limita severamente la temperatura máxima que se puede utilizar en el ciclo, (2) la turbina

tendrá que manejar de vapor con un alto contenido de humedad que provoca la erosión, y (3) no es

práctico diseñar un compresor que se encargará de dos fases.


El ciclo Rankine simple

10-6C ¿Cuáles son los cuatro procesos que integran el ciclo Rankine ideal simple?

10-6C Los cuatro procesos que conforman el ciclo ideal sencilla son (1) compresión isoentrópica en una

bomba, (2) P = adición de calor constante en una caldera, (3) expansión isoentrópica en una turbina, y

(4) P = rechazo de calor constante en un condensador.

10-7C Considere un ciclo Rankine ideal simple con condiciones fijas a la entrada de la turbina. Cuál es el

efecto que provoca reducir la presión del condensador en

TABLA 598

10-7C Calor rechazado disminuye; todo lo demás aumenta.

10-8C Considere un ciclo Rankine ideal simple con temperatura fija a la entrada de la turbina y presión

fija del condensador. Cuál es el efecto de aumentar la presión de la caldera en

TABLA 598

10-8C Calor rechazado disminuye; todo lo demás aumenta.

10-9C Considere un ciclo Rankine ideal simple con presiones de la caldera y el condensador fijas. Cuál es

el efecto de sobrecalentar el vapor a una temperatura más alta en

TABLA 598

10-9C El trabajo de la bomba sigue siendo el mismo, el contenido de humedad disminuye, todo lo demás

aumenta.

10-10C ¿En qué difieren los ciclos reales de energía de vapor de los idealizados?

10-10C El vapor real ciclos de potencia difieren de los idealizado en el que los ciclos reales implica la

fricción y la presión cae en diversos componentes y las tuberías, y la pérdida de calor al medio

circundante a partir de estos componentes y tuberías.

10-11C Compare las presiones a la entrada y a la salida de la caldera para ciclos a) real y b) ideal.

10-11C La presión de salida de la caldera será (a) menor que la presión de entrada de la caldera en ciclos

reales, y (b) la misma que la presión de entrada de la caldera en ciclos ideales.

10-12C La entropía del vapor de agua aumenta en las turbinas reales de vapor como resultado de las

irreversibilidades. En un esfuerzo por controlar el aumento de entropía, se propone enfriar el vapor de

agua en la turbina haciendo circular agua de enfriamiento alrededor de la carcasa de la turbina. Se alega

que esto reducirá la entropía y la entalpía del vapor a la salida de la turbina y aumentará por tanto la

producción de trabajo. ¿Cómo evaluaría usted esta propuesta?

10-12C Queremos rechazar esta propuesta porque w Turb = h 1 - 2 h - q, y cualquier pérdida de calor del

vapor afecten negativamente al rendimiento en el trabajo de la turbina.

10-13C ¿Es posible mantener una presión de 10 kPa en un condensador que se enfría mediante agua de

río que entra a 20 °C?

10-13C Sí, porque la temperatura de saturación de vapor a 10 kPa es 45,81 ° C, que es mucho mayor que

la temperatura del agua de refrigeración.

El ciclo Rankine con recalentamiento 10-30C ¿Cómo cambian las siguientes cantidades cuando un ciclo Rankine simple ideal se modifica con

recalentamiento? Suponga que el flujo másico se mantiene igual.

TABLA 600

10-30C El trabajo de la bomba sigue siendo el mismo, el contenido de humedad disminuye, todo lo

demás aumenta.

10-31C ¿Hay una presión óptima para recalentar el vapor de agua en un ciclo Rankine? Explique.


10-31C El T - s diagrama muestra dos casos de recalentamiento para el ciclo Rankine de recalentamiento

similar a la que se muestra en la figura 10-11. En el primer caso hay expansión a través de la turbina de

alta presión de 6000 kPa a 4000 kPa entre los estados 1 y 2 con recalentamiento a 4000 kPa a estado 3 y,

finalmente, la expansión en la turbina de baja presión para el estado 4. En el segundo caso de que haya es

la expansión a través de la turbina de alta presión de 6000 kPa a 500 kPa entre los estados 1 y 5 con

recalentamiento a 500 kPa a estado 6 y, finalmente, la expansión en la turbina de baja presión para indicar

7. El aumento de la presión para el recalentamiento aumenta la temperatura promedio para Además de

calor hace que la energía del vapor más disponible para hacer el trabajo, ver el proceso de

recalentamiento de 2 a 3 en comparación con el proceso de recalentamiento 5 a 6. El aumento de la

presión de recalentamiento aumentará la eficiencia del ciclo. Sin embargo, como los de recalentamiento

aumenta la presión, aumenta la cantidad de condensación durante el proceso de expansión en la turbina de

baja presión, estado 4 frente al estado 7. Una presión óptima para recalentar generalmente permite el

contenido de humedad del vapor a la turbina de baja presión salida para estar en el intervalo de 10 a 15%

y esto se corresponde con la calidad en el intervalo de 85 a 90%.

10-32C Considere un ciclo Rankine ideal simple y un ciclo Rankine con tres etapas de recalentamiento.

Ambos ciclos operan entre los mismos límites de presión. La temperatura máxima es 700 °C en el ciclo

simple y 450 °C en el ciclo con recalentamiento. ¿Cuál ciclo piensa usted que tendrá una eficiencia

térmica más alta?

10-32C La eficiencia térmica del ciclo Rankine simple ideal probablemente será mayor, ya que la

temperatura media a la que se añade calor será mayor en este caso.

Ciclo Rankine regenerativo 10-42C ¿Cómo cambian las siguientes cantidades cuando el ciclo Rankine ideal simple se modifica con

regeneración? Suponga que el flujo másico a través de la caldera es el mismo.

TABLA 602

10-42C Contenido Humedad sigue siendo el mismo, todo lo demás se reduce.

10-43C Durante el proceso de regeneración se extrae algo de vapor de agua de la turbina y se usa para

calentar el agua líquida que sale de la bomba. Esto no parece muy inteligente, pues el vapor extraído

podría producir algo más de trabajo en la turbina. ¿Cómo justifica usted esta acción?

10-43C Esta es una buena idea porque desperdiciamos poco potencial de trabajo, pero nos ahorramos un

montón de la entrada de calor. El vapor extraído tiene poco potencial de trabajo a la izquierda, y la mayor

parte de su energía sería parte del calor rechazado de todos modos. Por lo tanto, por la regeneración,

nosotros utilizamos una cantidad considerable de calor sacrificando poco rendimiento en el trabajo.

10-44C ¿En qué se distinguen los calentadores abiertos de agua de alimentación de los calentadores

cerrados de agua de alimentación?

10-44C En calentadores de agua de alimentación abiertos, los dos fluidos en realidad mezcla, pero en los

calentadores de agua de alimentación cerrados no hay mezcla.

10-45C Considere un ciclo Rankine ideal simple y un ciclo ideal Rankine regenerativo con un calentador

abierto de agua de alimentación. Los dos ciclos son muy parecidos, salvo que el agua de alimentación en

el ciclo regenerativo se calienta extrayendo algo de vapor justo antes de que entre a la turbina. ¿Cómo

compararía usted las eficiencias de estos ciclos?

10-45C Ambos ciclos tendrían la misma eficiencia.

10-46C Invente un ciclo Rankine regenerativo que tenga la misma eficiencia térmica que el ciclo Carnot.

Muestre el ciclo en un diagrama T-s.

10-46C Para tener la misma eficiencia térmica como el ciclo de Carnot, el ciclo debe recibir y rechazar el

calor isotérmica. Así, el líquido debe ser llevado al estado líquido saturado a la presión de la caldera

isotérmicamente, y el vapor debe ser un vapor saturado a la entrada de la turbina. Esto requerirá un

número infinito de intercambiadores de calor (calentadores de agua de alimentación), como se muestra en

el diagrama Ts.


Análisis de ciclos de potencia de vapor con base en la segunda ley 10-62C ¿Cómo se puede mejorar la eficiencia según la segunda ley de un ciclo Rankine ideal simple?

10-62C En el ciclo de Rankine simple ideal, irreversibilidades se producen durante los procesos de

adición de calor y de rechazo de calor en la caldera y el condensador, respectivamente, y ambos son

debido a la diferencia de temperatura. Por lo tanto, las irreversibilidades pueden ser disminuidos y por lo

tanto la eficiencia 2ª

ley pueden aumentarse reduciendo al mínimo las diferencias de temperatura durante

la transferencia de calor en la caldera y el condensador. Una forma de hacerlo es la regeneración.

Cogeneración

10-70C ¿Cómo se define el factor de utilización Pu para plantas de cogeneración? ¿Podría Pu ser igual a

1 para una planta de cogeneración que no produce potencia?

10-70C El factor de utilización de una planta de cogeneración es la relación de la energía utilizada para

un propósito útil para la energía total suministrada. Podría ser la unidad para una planta que no produce

ningún poder.

10-71C Considere una planta de cogeneración para la que el factor de utilización es 1. ¿La

irreversibilidad asociada con este ciclo es necesariamente cero? Explique.

10-71C No. Una planta de cogeneración puede implicar limitación, la fricción y la transferencia de calor

a través de una diferencia de temperatura finita, y todavía tiene un factor de utilización de la unidad.

10-72C Considere una planta de cogeneración para la cual el factor de utilización es 0.5. ¿La destrucción

de exergía asociada con esta planta puede ser cero? Si es que sí, ¿bajo cuáles condiciones?

10-72C Sí, si el ciclo no implica irreversibilidades tales como estrangulamiento, la fricción, y la

transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita.

10-73 ¿Cuál es la diferencia entre cogeneración y regeneración?

10-73C La cogeneración es la producción de más de una forma útil de energía a partir de la misma fuente

de energía. La regeneración es la transferencia de calor desde el fluido de trabajo en algún momento al

fluido de trabajo en alguna otra etapa.

Ciclos de potencia combinados de gas-vapor

10-81C La fuente de energía del vapor es la energía residual de los gases de combustión agotados.

10-82C Debido a que el ciclo de gas-vapor combinado se aprovecha de las características deseables del

ciclo de gas a alta temperatura, y los de ciclo de vapor a baja temperatura, y los combina. El resultado es

un ciclo que es más eficiente que cualquiera de ciclo ejecutado funcionar solo.

CICLOS DE REFRIGERACIÓN El ciclo de Carnot invertido

11-1C ¿Por qué estudiamos el ciclo de Carnot invertido aunque no es un modelo realista para los ciclos

de refrigeración?

11-1C La invierte ciclo de Carnot sirve como un estándar contra el cual los ciclos de refrigeración reales

se pueden comparar.Además, el COP del ciclo de Carnot invertido proporciona el límite superior para el

COP de un ciclo de refrigeración que opera entre los límites de temperatura especificados.

11-2C ¿Por qué el ciclo de Carnot invertido ejecutado dentro del domo de saturación no es un modelo

realista para ciclos de refrigeración?

11-2C Debido a que el proceso de compresión implica la compresión de una mezcla líquido-vapor que

requiere un compresor que se encargará de dos fases, y el proceso de expansión consiste en la

ampliación de alto contenido de humedad del refrigerante.


Ciclos ideales y reales de refrigeración por compresión de vapor

11-5C ¿El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor tiene algunas irreversibilidades internas?

11-5C Sí; el proceso de estrangulación es un proceso irreversible internamente.

11-6C ¿Por qué no se reemplaza la válvula de estrangulación por una turbina isentrópica en el ciclo ideal

de refrigeración por compresión de vapor?

11-6C Para hacer que el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor aproximación más cerca el

ciclo real.

11-7C Se propone usar agua en vez de refrigerante 134a como fluido de trabajo en aplicaciones de

acondicionamiento de aire cuando la temperatura mínima no caiga nunca por debajo del punto de

congelación. ¿Apoyaría usted esta propuesta? Explique.

11-7C No. Suponiendo que el agua se mantiene a 10 ° C en el evaporador, la presión del evaporador será

la presión de saturación correspondiente a esta presión, que es 1,2 kPa. No es práctico para diseñar

dispositivos de refrigeración o de aire acondicionado que implican tales presiones extremadamente

bajas.

11-8C En un sistema de refrigeración, ¿recomendaría usted condensar el refrigerante 134a a una presión

de 0.7 o de 1.0 MPa si el calor se va a rechazar a un medio de enfriamiento a 15 °C? ¿Por qué?

11-8C Permitir que una diferencia de temperatura de 10 ° C para la transferencia eficaz del calor, la

temperatura de condensación del refrigerante debe ser de 25 ° C. La presión de saturación

correspondiente a 25 ° C es 0,67 MPa. Por lo tanto, la presión recomendada sería 0,7 MPa.

11-9C ¿El área comprendida dentro de un ciclo en un diagrama T-s representa la entrada neta de trabajo

para el ciclo de Carnot invertido? ¿Y para el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor?

11-9C El área encerrada por la curva cíclica en una camiseta - s diagrama representa el trabajo neto para el ciclo de Carnot invertido, pero no así para el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor.Esto es porque el último ciclo implica un proceso irreversible para los que no se conoce la ruta de proceso.

11-10C Considere dos ciclos de refrigeración por compresión de vapor. El refrigerante entra a la válvula

de estrangulación como líquido saturado a 30 °C en un ciclo y como líquido subenfriado a 30 °C en el

otro. La presión del evaporador para ambos ciclos es la misma. ¿Cuál ciclo piensa usted que tendrá un

COP más alto?

11-10C El ciclo que implica el líquido saturado a 30 ° C tendrá un COP más alto porque, a juzgar por el

diagrama Ts, se requerirá de una entrada de trabajo menor para la misma capacidad de refrigeración.

11-11C El COP de los ciclos de refrigeración por compresión de vapor mejora cuando el refrigerante se

subenfría antes de que entre a la válvula de estrangulación. ¿Se puede subenfriar indefinidamente el

refrigerante para maximizar este efecto, o hay un límite inferior? Explique.

11-11C La temperatura mínima que el refrigerante puede ser enfriado antes de estrangulación es la

temperatura del disipador (el medio de refrigeración) ya que el calor se transfiere desde el refrigerante

al medio de refrigeración.

Análisis de la segunda ley de los ciclos de refrigeración por compresión de vapor 11-27C

11-28C La eficiencia de segunda ley de una bomba de calor operando en el ciclo de refrigeración por

compresión de vapor una se define como


11-29C En un compresor isentrópico, s 2 = s

1 y

2 h

s = h 2.La aplicación de estos a las dos las definiciones

de eficiencia, obtenemos

Por lo tanto, la eficiencia y el rendimiento isentrópico de exergía de un compresor de isentrópico son

ambos 100%.

Selección del refrigerante correcto 11-38C Al seleccionar un refrigerante para cierta aplicación, ¿qué cualidades buscaría usted en el

refrigerante?

11-38C Las características deseables de un refrigerante deben tener una presión de evaporador que está

por encima de la presión atmosférica y una presión del condensador que corresponde a una

temperatura de saturación por encima de la temperatura del medio de enfriamiento.Otras

características deseables de un refrigerante incluyen ser no tóxico, no corrosivo, no inflamable,

químicamente estable, que tiene una alta entalpía de vaporización (minimiza la tasa de flujo de masa) y,

por supuesto, estar disponible a bajo costo.

11-39C Considere un sistema de refrigeración que utiliza refrigerante 134a como fluido de trabajo. Si este

refrigerador va a operar en un entorno a 30 °C, ¿cuál es la presión mínima a la que se debe comprimir el

refrigerante? ¿Por qué?

11-39C La presión mínima que el refrigerante necesita ser comprimido a es la presión de saturación del

refrigerante a 30 ° C, que es 0.771 MPa. A presiones más bajas, el refrigerante tendrá que condensar a

temperaturas inferiores a la temperatura de los alrededores, que no pueden suceder.

11-40C Un refrigerador con refrigerante 134a debe mantener el espacio refrigerado a _10 °C.

¿Recomendaría usted una presión de evaporador de 0.12 o de 0.14 MPa para este sistema? ¿Por qué?

11-40C Permitir que una diferencia de temperatura de 10 ° C para la transferencia eficaz del calor, la

temperatura de evaporación del refrigerante debe ser de -20 ° C. La presión de saturación

correspondiente a -20 ° C es 0.133 MPa. Por lo tanto, la presión recomendada sería 0,12 MPa.

Sistemas de bombas de calor (térmicas) 11-43C ¿Piensa usted que un sistema de bomba de calor será más eficaz respecto a costos en Nueva York

o en Miami? ¿Por qué?

11-43C Un sistema de bomba de calor es más rentable en Miami debido a las bajas cargas de calefacción

y altas cargas de enfriamiento en esa ubicación.

11-44C ¿Qué es una bomba de calor con fuente de agua? ¿Cómo se compara el COP de un sistema de

bomba de calor con fuente de agua con el de un sistema de fuente de aire?

11-44C Una bomba de calor de fuente de agua extrae el calor del agua en lugar de aire.Bombas de calor

agua-fuente tienen COP más altos que los sistemas de fuente de aire porque la temperatura del agua es

superior a la temperatura del aire en invierno.

Sistemas innovadores de refrigeración 11-51C ¿Qué es la refrigeración en cascada? ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de la refrigeración

en cascada?

11-51C Realización de la refrigeración en etapas se llama de refrigeración en cascada.En refrigeración en

cascada, dos o más ciclos de refrigeración operan en serie.Refrigeradores Cascade son más complejos y

caros, pero tienen mayor COP de, que puede incorporar dos o más refrigerantes diferentes, y que

pueden alcanzar temperaturas mucho más bajas.


11-52C ¿Cómo se compara el COP de un sistema de refrigeración en cascada con el COP de un ciclo

simple de compresión de vapor que opera entre los mismos límites de presión?

Sistemas de refrigeración en cascada 11-52C tienen COP más altos que los sistemas de refrigeración

ordinarias que operan entre los mismos límites de presión.

11-53C Cierta aplicación necesita mantener el espacio refrigerado a -32 °C. ¿Recomendaría usted un

ciclo simple de refrigeración con refrigerante 134a o una refrigeración en cascada con un refrigerante

diferente en el ciclo inferior? ¿Por qué?

11-53C La presión de saturación del refrigerante-134a a -32 ° C es de 77 kPa, que es inferior a la presión atmosférica. En realidad se debe utilizar una presión por debajo de este valor.Por lo tanto, se recomienda un sistema de refrigeración en cascada con un refrigerante diferente en el ciclo de tocar fondo en este caso

11-54C Considere una refrigeración en cascada de dos etapas y un ciclo de refrigeración con dos etapas

de compresión con una cámara de autoevaporación. Ambos ciclos operan entre los mismos límites de

presión y usan el mismo refrigerante. ¿Cuál sistema elegiría usted? ¿Por qué?

11-54C Nosotros favorecemos el sistema de refrigeración por compresión de dos etapas con una cámara

de vacío, ya que es más sencillo, más barato, y tiene mejores características de transferencia de calor.

11-55C ¿Un sistema de refrigeración por compresión de vapor con un solo compresor puede manejar

varios evaporadores que operen a diferentes presiones? ¿Cómo?

11-55C Sí, mediante la ampliación del refrigerante en etapas en varios dispositivos de estrangulamiento.

11-56C En el proceso de licuefacción, ¿por qué se comprimen los gases a muy altas presiones?

11-56C Para aprovechar el efecto de refrigeración mediante el estrangulamiento de altas presiones a

bajas presiones.

Ciclos de refrigeración de gas

11-67C El ciclo de refrigeración gas ideal es idéntico al ciclo Brayton, excepto que opera en la dirección

inversa.

11-68C En el ciclo de refrigeración de los gases ideales, la absorción de calor y los procesos de rechazo

de calor ocurre a presión constante en lugar de a temperatura constante.

11-69C La invierte ciclo de Stirling es idéntico al ciclo Stirling, excepto que opera en la dirección inversa.

Recordando que el ciclo de Stirling es un ciclo totalmente reversible, el ciclo de Stirling inversa también

es totalmente reversible, y por lo tanto su COP es

11-70C En refrigeración aeronave, el aire de la atmósfera es comprimido por un compresor, enfriado

por el aire circundante, y ampliado en una turbina. El aire frío que abandona la turbina se encamina

luego directamente a la cabina.

11-71C No; porque h = h (T) para los gases ideales, y la temperatura del aire no caerán durante un estrangulamiento (h 1 = h 2) proceso.

11-72C Por regeneración.

Sistemas de refrigeración por absorción 11-84C ¿Se puede usar agua como refrigerante en aplicaciones de acondicionamiento de aire? Explique.


11-84C El agua puede ser utilizado como refrigerante en aplicaciones de aire acondicionado ya que la

temperatura del agua nunca debe caer por debajo del punto de congelación.

11-85C ¿Qué es la refrigeración por absorción? ¿En qué se distingue un sistema de refrigeración por

absorción de un sistema de refrigeración por compresión de vapor?

11-85C Es el tipo de refrigeración que implica la absorción del refrigerante durante parte del ciclo. En los

ciclos de refrigeración de absorción, el refrigerante se comprime en la fase líquida en lugar de en forma

de vapor.

11-86C ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de la refrigeración por absorción?

11-86C La principal ventaja de refrigeración por absorción es su ser económica en presencia de una

fuente de calor de bajo costo.Sus desventajas incluyen ser costoso, complejo y que requiere una fuente

de calor externa.

11-87C En los ciclos de refrigeración por absorción, ¿por qué se enfría el fluido en el absorbedor y se

calienta el fluido en el generador?

11-87C El líquido en el absorbedor se enfría para maximizar el contenido de refrigerante del líquido; el

fluido en el generador se calienta para maximizar el contenido de refrigerante del vapor.

11-88C ¿Cómo se define el coeficiente de desempeño de un sistema de refrigeración por absorción?

11-88C El coeficiente de rendimiento de los sistemas de refrigeración por absorción se define como

11-89C ¿Cuáles son las funciones del rectificador y del regenerador en un sistema de refrigeración por

absorción?

11-89C El rectificador separa el agua de NH 3 y lo devuelve al generador. l regenerador transfiere algo

de calor de la solución rica en agua que sale del generador a la 3 ricos en solución NH sale de la bomba.

precisa teoría termo

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