Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
Habitación
•
W eléctrico,entrada
•
Q salida
Ventilador
EJEMPLO 2-12 Efecto de calentamiento de un ventilador
Una habitación se encuentra inicialmente a la temperatura ambiente de 25 ºC,
pero se enciende un gran ventilador que consume 200 W de electricidad cuando
está funcionando (Fig. 2-51). La tasa de transferencia de calor entre el aire de la
habitación y el exterior se da como Q· UA(T i T o ) donde U 6 W/m 2 · °C que
representa el coeficiente de transferencia de calor global, mientras, A 30 m 2 es
la superficie expuesta de la habitación y T i y T o son las temperaturas del aire
en el interior y el exterior, respectivamente. Determine la temperatura del aire en
el interior cuando se alcance el régimen estacionario de funcionamiento.
FIGURA 2-51
Esquema para el ejemplo 2-12.
Solución Se enciende un gran ventilador y se mantiene funcionando en una
habitación cuyo calor perdido va hacia el exterior. La temperatura del aire interior
se determinará cuando se alcancen condiciones de operación estacionarias.
Suposiciones 1 La transferencia de calor por el piso es insignificante y, 2 aparte
de ésta, no hay otras interacciones de energía.
Análisis La electricidad consumida por el ventilador es la energía que entra
a la habitación, por lo que ésta gana energía a una tasa de 200 W. Como
resultado, la temperatura del aire en el interior tiende a subir, pero a medida
que ésta aumenta la tasa de pérdida de calor desde la habitación se incrementa
hasta que es igual al consumo de potencia eléctrica. En este punto,
la temperatura del aire en el interior y por lo tanto el contenido de energía
de la habitación, permanecen constantes, mientras la conservación de energía
para la habitación se convierte en
E # entrada E # salida
⎫
⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎭
⎫
⎪
⎪
⎪
⎬⎪⎪⎪⎪⎭
Tasa de transferencia de energía
mediante calor, trabajo y masa
dE sistema > dt
→
0 1permanente2
Tasa de cambio en las energías interna,
cinética y potencial, etcétera
0
S E # entrada E # salida
Al sustituir, se obtiene
Esto da
W # eléctrico,entrada Q # salida UA 1T i T o 2
200 W 16W>m 2 # °C2130 m 2 21T i 25 °C2
T i 26.1 °C
Por lo tanto, la temperatura del aire en el interior del cuarto permanecerá
constante después de alcanzar los 26.1 ºC.
Comentario Un ventilador de 200 W calienta una habitación del mismo modo
que un calentador con una resistencia de 200 W. En el caso de un ventilador, el
motor convierte parte de la energía eléctrica en energía mecánica para que gire la
flecha mientras que el resto se disipa en forma de calor hacia el aire de la habitación
como resultado de la ineficiencia del motor (ningún motor convierte 100 por
ciento de la energía eléctrica que recibe en energía mecánica, aunque algunos
motores grandes se acercan con una eficiencia de conversión de más de 97 por
ciento). Parte de la energía mecánica de la flecha se convierte en energía cinética
del aire a través de las aspas, para después convertirse en energía térmica
cuando las moléculas de aire disminuyen su velocidad debido al rozamiento. Al
final, toda la energía eléctrica que emplea el motor del ventilador se convierte en
energía térmica del aire, lo cual se manifiesta como un aumento de temperatura.
FIGURA 2-52
Iluminación de un salón de clases con
lámparas fluorescentes, según se explicó
en el ejemplo 2-13.
© Vol. 24/PhotoDisc/Getty RF.
EJEMPLO 2-13 Costo anual de la iluminación
de un salón de clases
Para iluminar un salón de clases se utilizan 30 lámparas fluorescentes, cada
una con un consumo de 80 W de electricidad (Fig. 2-52). Las luces se mantienen
encendidas durante 12 horas al día y 250 días por año. Para un costo