Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 2
2-52E Un ventilador está situado en un ducto cuadrado de 3
pies 3 pies. Se miden las velocidades en varios puntos a la
salida, y se determina que la velocidad promedio de flujo es
22 pies/s. Suponiendo que la densidad del aire es 0.075 lbm/
pie 3 , calcule el consumo mínimo de potencia del motor del
ventilador.
2-53 La fuerza que impulsa el flujo de los fluidos es la
diferencia de presión; una bomba trabaja elevando
la presión de un fluido (convirtiendo el trabajo mecánico de su
eje en energía de flujo). Se determina que una bomba de gasolina
consume 3.8 kW de potencia eléctrica cuando está trabajando.
Si la diferencia de presiones entre la descarga y la succión
de la bomba es 7 kPa, y los cambios de velocidad y altura
son despreciables, determine el flujo volumétrico máximo posible
de la gasolina.
ΔP = 7 kPa
Bomba
FIGURA P2-53
2-54 En un centro comercial, una escalera eléctrica está diseñada
para mover a 30 personas de 75 kg cada una, a una velocidad
constante de 0.8 m/s, por una pendiente de 45°. Determine
el consumo mínimo de potencia necesario para mover
la escalera. ¿Cuál sería su respuesta si aumentara al doble la
velocidad de la escalera?
2-55 Un automóvil que se mueve a través del aire hace que
la velocidad del aire (medida con respecto al vehículo) disminuya
y llene un canal de flujo más grande. Un automóvil tiene
un área efectiva de canal de flujo de 3 m 2 . El automóvil viaja
a 90 km/h en un día en el que la presión barométrica es de
70 mm de mercurio y la temperatura es de 20 °C. Detrás del
auto, la velocidad medida del aire (con respecto al auto) es de
82 km/h, y la temperatura es de 20 °C. Determine la potencia
necesaria para mover este automóvil a través del aire y el área
del canal efectivo de flujo detrás del automóvil.
FIGURA P2-55
Canal
de flujo
Eficiencias de conversión de energía
2-56C ¿Qué es eficiencia mecánica? ¿Qué significa una eficiencia
mecánica de 100 por ciento en una turbina hidráulica?
2-57C ¿Cómo se define la eficiencia combinada de una
bomba acoplada con un motor? ¿Puede la eficiencia combinada
de motor bomba ser mayor que la eficiencia del motor o
de la bomba?
2-58C Defina la eficiencia de una turbina, de un generador
y del turbogenerador.
2-59C ¿Puede ser mayor la eficiencia combinada de un turbogenerador,
que la eficiencia de su turbina o de su generador?
Explique.
2-60 Un quemador eléctrico abierto de 24 kW, con campana,
está instalado en un área donde los costos unitarios de
electricidad y gas natural son $0.10/kWh y $1.20/termia (1 termia
105,500 kJ), respectivamente. Se puede suponer que la
eficiencia de los quemadores abiertos es 73 por ciento para los
eléctricos, y 38 por ciento para los de gas. Calcule la tasa de
consumo de energía y el costo unitario de la energía utilizada
en el quemador eléctrico y en el de gas.
2-61 Un motor de 75 hp (potencia en el eje) tiene 91.0 por
ciento de eficiencia; ya está gastado, y se reemplaza por uno
de 75 hp de alta eficiencia, con 95.4 por ciento de eficiencia.
Calcule la reducción de ganancia de calor del recinto, debida
a la mayor eficiencia, en condiciones de plena carga.
2-62 Un automóvil eléctrico de 90 hp (en el eje) está impulsado
por un motor eléctrico montado en el compartimiento del
motor. Si la eficiencia promedio del motor es 91 por ciento,
calcule la tasa de suministro de calor del motor al compartimiento
del motor, a plena carga.
2-63 Un motor de 75 hp (potencia en el eje) cuya eficiencia
es 91.0 por ciento, se ha gastado, y se va a sustituir por uno
de alta eficiencia, con 95.4 por ciento de eficiencia. El motor
trabaja 4.368 horas por año, con un factor de carga de 0.75.
Suponga que el costo de la electricidad es $0.08/kWh, calcule
la cantidad de energía y dinero ahorrado como resultado de
la instalación del motor de alta eficiencia. También determine
el periodo de recuperación simple, si los precios de compra
de los motores de eficiencia normal y alta eficiencia son $5.449 y
$5.520, respectivamente.
2-64E Las necesidades de vapor de agua en una fábrica se
satisfacen con una caldera cuyo consumo nominal de calor es
5.5 10 6 Btu/h. Se determina que la eficiencia de combustión
de la caldera es 0.7, mediante un analizador portátil de
gases. Después de ajustar la caldera, la eficiencia de combustión
sube a 0.8. En un año, la caldera opera sin interrupciones
4.200 horas. Suponiendo que el costo unitario de la energía es
$4.35/10 6 Btu, calcule el ahorro de energía y de costos, por
ajustar la combustión de la caldera.
2-65E Reconsidere el problema 2-64E. Usando el
software EES (u otro), estudie los efectos del
costo unitario de la energía y la eficiencia de combustión
sobre la energía anual utilizada y los ahorros en costos.
Suponga que la eficiencia varía de 0.7 a 0.9 y que el costo
unitario varía de $4 a $6 por millón de Btu. Grafique la energía
anual utilizada y los ahorros en costos contra la eficiencia
para precios unitarios de $4, $5 y $6 por millón de Btu, y
explique los resultados.
2-66 Un salón de gimnasia tiene ocho máquinas de levantamiento
de pesas que no tienen motores, y cuatro caminadoras,
cada una de ellas provista de un motor de 2.5 hp (potencia en el
eje). Los motores operan con un factor de carga promedio de 0.7,
al cual su eficiencia es de 0.77. Durante las horas pico vesperti-