ejercicios de entropia-termodinamica
- 1. ENTROPIA 1. Por una válvulacirculavaporde agua a 8 MPa y 400ºC el cual esestranguladoenlaválvula para salircon una presiónde 3 MPa. Durante un procesode flujopermanentedeterminela generaciónde entropía para este procesoyverifiquesi satisface el principiode incrementode entropía.(Desprecie laspérdidasde calorenlaválvulahacialosalrededores). 2. En una turbinaadiabáticaingresavapora 8 MPa y 800ºC con unarelaciónde flujode 3 kg/sy sale a 50 kPa. La eficienciaisoentropica de laturbinaesde 0,90. Ignore lavariaciónde energía cinéticadel vapor,determine a) temperaturade salidadel vaporde laturbina,yb) salidade potenciade laturbina. 3. Un tanque rígido aisladode 1,5 m3 contiene 2,7kg de dióxidode carbonoa 100 kPa,después una hélice efectúatrabajosobre el sistemahastaque lapresióndel tanque aumentaa120 kPa,determine el cambiode entropíadel dióxidode carbonodurante este procesoenkJ/K. Supongacaloresespecíficosconstantes. 4. Un tanque rígidode 0,5 m3 contiene refrigerante134a a 200 kPa y una calidadde 40%, despuésse le añade caloral refrigerante de unafuente a35ºC hasta que lapresiónaumentaa 400 kPa,determine a) cambiode entropíadel refrigerante, b) cambiode entropíatotal del proceso. 5. Se comprime gas nitrógenode 80 kPay 27ºC hasta480 kPa mediante uncompresorde 10 kW, determine latasade flujomásicodel nitrógenoenel compresorsi el procesoesisentrópico. 6. En un compresoradiabáticoentradióxidode carbonoa100 kPa y 300 K a una tasa de 2,2 kg/s y sale a 600 kPay 450 K. Ignore loscambiosenlaenergíacinéticay determine laeficiencia isentrópicadel compresor. 7. En una turbinaadiabáticaingresavapora 8 MPa y 500ºC con unarelaciónde flujomàsicode 3 kg/sy sale a 30 kPa,la eficienciaisentrópicade laturbinaesde 0,90. Ignore el cambiode la energíacinéticadel vapory determinea) latemperaturaala salidade la turbina,yb) lasalida de potenciade la turbina. 8. Se comprime aire desde 0,1 MPa y 27ºC hasta 0,35 MPa y 127ºC en unequipode flujo estacionario,determinara) el cambiode entropíadel aire,enkJ/kg.K,b) si ocurre transferenciade calorentre el aire yel ambiente a27ºC y el flujorecibe untrabajoigual a 170 kJ/kg,determineel cambiototal de entropíaparael procesoen conjuntoenkJ/kgK. 9. Agualíquidaa 200 kPa y 20°C se calientanenunacámara y se mezclaconvapor sobrecalentadoa200 kPay 300°C. El agua líquidaentraa lacámara de mezclaa una tasa de 2,5 kg/s,y se estima quela cámara libera calor en el aire de los alrededoresa 25°C a razón de 600 kJ/min.Si la mezcla salede la cámara a 200 kPa y 60°C, determinea) la tasa de flujo
- 2. másico del vaporsobrecalentado y b) la tasa de generación de entropía duranteesteproceso de mezcla. 10.En una turbinase expande vaporestable aunarelaciónde 25000 kg/h,ingresaa 8 MPa y 450°C y sale a 50 kPacomo vapor saturado.Si la potenciageneradaporlaturbinaesde 4 MW, determine larapidezde generaciónde entropíaeneste proceso.Supongaque el medio circundante estaa 25°C. Resp8,38kW/K 11.A una toberaadiabáticaentravapora 3 MPa y 400°C con una velocidadde 70 m/s ysale a 2 MPa y 320 m/s.Si latobera tiene unárea de succiónde 7 cm2 ,determine a) la temperaturade salidayb) latasa de generaciónde entropíaparaeste proceso. 12.Un tanque rígido perfectamente aisladocontiene 4kgde una mezclade agua saturadade líquido-vapora100 kPa.Al inicio,trescuartas partesde la masa estánenla fase liquida. Despuésuncalentadorde resistenciaeléctricacolocadoenel tanque se enciende yfunciona hasta que el líquidoenel tanque se evapora.Determine el cambiode entropíadel vapor durante este proceso. Resp16,19 kJ/k. 13.Un dispositivoaisladode cilindro-émbolocontiene 5litrosde agua líquida saturadaa una presiónconstante de 150 kPa.Un calentadorde resistenciaeléctricadentrodel cilindrose activay transfiere 2200 kJ de energíaal vapor.Determine el cambiode entropíadel agua durante este proceso,enkJ/K. Resp5,72kJ/K. 14.Un dispositivocilindro-émbolocontiene1,2kg de gas nitrógenoa 120 kPa y 27ºC. Despuésel gas se comprime lentamenteenunprocesopolitrópicodurante el que PV1.3 =constante.El procesofinalizacuandoel volumense reduce alamitad.Determine el cambiode entropíadel nitrógenodurante este proceso. 15.Entra agua a la bombade una plantade energíade vaporcomo líquidosaturadoa 20 kPa, con una relaciónde 45 kg/s y sale a 6 MPa. Ignore loscambiosenlasenergíascinéticay potencial ysupongaque el procesoseareversible,determinelapotenciade entradaala bomba. 16.Considere unaplantade energíade vapor que operaentre losnivelesde presiónde 10MPa y 20 kPa.El vapor entraa labomba comolíquidosaturadoy abandonala turbinacomovapor saturado.Determine larazónentre el trabajoentregadoporlaturbinay el trabajoconsumido por la bomba.Supongaque todoel cicloseareversible yque laspérdidastérmicasde la bombay de laturbinaserándespreciables. 17.En una turbinaadiabáticaentravapora 6 MPa, 600ºC y 80 m/s y sale a 50kPa, 100ºC y 140 m/s.Si lapotenciade salidade la turbinaes8 MW, determine a) latasade flujomásicodel vapor que fluye porlaturbinay b) la eficienciaadiabáticade laturbina. Respa) 8,25kg/s, b) 83,7%.
- 3. 18.En laseccióndel evaporadorde unacondicionadorde aire tipoventanaentraaire a 100 kPa y 27ºC con una tasa de flujovolumétricode 6 m3/min.El refrigerante 134a a 120 kPa con una calidadde 0,3 entraal evaporadora una tasa de 2 kg/minysale comovapor saturadoa la mismapresión.Determine latemperaturade salidadel aire ylatasa de generaciónde entropíaen este proceso,supongaa) que lassuperficiesexterioresdelacondicionadorde aire estánaisladasyb) que el calor se transfiere al evaporadordel acondicionadorde aire desde el mediocircundante a32ºC a una tasa de 30 kJ/min. 19.Un dispositivocilindroémbolocontieneunamezclasaturadade agua a 100ºC. Durante un procesoa volumenconstante, 700 kJde calorse transfierenal aire circulante que se encuentra a 27ºC comoresultadose condensaparte del vaporde agua contenidoenel dispositivo. Determine a) El cambiode entropíadel agua b) El cambiode entropíadurante el proceso c) Si el procesoes reversible,irreversibleoimposible 20.Una turbinaproduce 2,25 MW a partir de un gastomásicode 2,50 kg/s.El vaporentra a 500ºC y 6 MPa y sale a 15 kPa.Calcúlese a) lapotenciamáximade salidayb) el rendimiento isentrópicode laturbina. 21.Un sistemade refrigeracióncontiene uncompresoradiabáticoporel que circularefrigerante 134a. Las condicionesde entradason140 kPa y -10ºC y el estadode salidaes1,4 MPa y 80ºC. Las variacionesde energíacinéticaypotencial sondespreciables,determine a) el rendimiento adiabáticodel compresoryb) la potenciamínimarequeridaporel compresorsi larelaciónde flujode masaes de 0,4 kg/s. 22.Una maquinatérmicarecibe calora una relaciónde 75 MJ/h de un hornoa 1300 K, rechaza calorde desechode unrío a 290 K y tiene unapotenciade salidade 8 kW, determine si esta maquinatérmicaviolaono lasegundaleyde latermodinámicaconbase a la desigualdadde Clausiusycalcule larelaciónde generaciónde entropía.