Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 2
2-107 Regrese al problema 2-106. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto del coeficiente
de transferencia de calor por convección, sobre la temperatura
superficial de la placa. Haga variar el coeficiente de transferencia
de calor de 10 a 90 W/m 2 · °C. Trace la gráfica de la temperatura
superficial en función del coeficiente de transferencia de
calor por convección, y explique los resultados.
2-108 Un tubo de 5 cm de diámetro externo y 10 m de longitud,
con agua a 80 °C, pierde calor al aire que la rodea, a
5 °C, por convección natural; el coeficiente de transferencia
de calor es 25 W/m 2 · °C. Calcule la tasa de pérdida de
calor del tubo, por convección natural, en kW.
2-109 La superficie externa de una nave en el espacio exterior
tiene 0.6 de emisividad, y 0.2 de absorbencia para la
radiación solar. Si esta radiación incide sobre la nave a una
tasa de 1 000 W/m 2 , determine la temperatura superficial de
la nave, cuando la radiación emitida es igual a la energía solar
absorbida.
2-110 Regrese al problema 2-109. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto de la emisividad
y absorbencia superficial de la nave, sobre la temperatura superficial
de equilibrio. Trace una gráfica de la temperatura superficial
en función de la emisividad, para absorbencias de radiación
solar de 0.1, 0.5, 0.8 y 1, y describa los resultados.
2-111 Un recipiente esférico de acero, cuyo diámetro exterior
es 20 cm, y cuya pared hueca tiene el espesor de 0.4 cm,
Agua
con hielo
FIGURA P2-111
700 W/m 2
α = 0.6
25 °C
FIGURA P2-106
5°C
0.4 cm
se llena con agua y hielo a 0 °C. La superficie externa está a
5 °C. Calcule la tasa aproximada de pérdida de calor a través
de la esfera, y la rapidez con que se funde el hielo en el
recipiente.
Problemas de repaso
2-112 Considere un salón de clase para 55 estudiantes y un
profesor, cada uno de los cuales genera calor a razón de 100 W.
La iluminación la proporcionan 18 lámparas fluorescentes de
40 W cada una, y los balastros consumen un 10 por ciento
adicional. Determine la tasa de generación interna de calor en
este salón cuando está totalmente ocupado.
2-113 Una persona va a sustituir su calentador de gas natural,
con 25 años de antigüedad, por uno cuya eficiencia es 55
por ciento. Esa persona piensa en un calentador convencional,
con 82 por ciento de eficiencia, que cuesta $1,600, y en
otro cuya eficiencia es 95 por ciento, que cuesta $2,700. La
persona quisiera comprar el de alta eficiencia, si el ahorro en
los pagos de gas natural recompensa la diferencia de costos
en menos de 8 años. Si la persona paga actualmente 1,200
dólares al año por gas natural, determine si debe comprar el
modelo convencional o el de alta eficiencia.
2-114 La energía eólica se ha usado desde 4 000 a.C. para
accionar barcos de vela, moler granos, bombear agua para las
granjas y, más recientemente, para generar electricidad. Sólo en
Estados Unidos se han usado desde la década de 1850 más de
6 millones de pequeños molinos de viento, la mayoría de ellos
con potencia menor de 5 hp para bombear agua. Se han usado
pequeños molinos de viento para generar electricidad desde
1900; pero el desarrollo de las turbinas de viento modernas
ocurrió sólo recientemente en respuesta a la crisis energética a
principios de la década de 1970. El costo de la potencia eólica
ha caído en un orden de magnitud, de alrededor de $0.50/kWh
a principios de la década de 1980 a alrededor de $0.05/kWh a
mediados de la década de 1990, que es aproximadamente el
precio de la electricidad generada en plantas que usan carbón
como combustible. Las áreas con una velocidad de viento
promedio de 6 m/s (o 14 mph) son sitios potenciales para la
generación económica de potencia eólica. Las turbinas comerciales
de viento generan de 100 kW a 3.2 MW de potencia
eléctrica cada una en condiciones máximas de diseño. El diámetro
de la envergadura de las hojas (o del rotor) de la turbina
de viento de 3.2 MW construida por Boeing Engineering es de
320 pies (97.5 m). La rapidez de rotación de los rotores de las
turbinas de viento es usualmente menor de 40 rpm (menor de
20 rpm para turbinas grandes). Altamont Pass, en California,
es la instalación eólica más grande del mundo, con 15 000
turbinas de viento modernas. Esta instalación y otras dos en
California produjeron 2.800 millones de kWh de electricidad
en 1991, suficiente potencia para satisfacer las necesidades de
electricidad de San Francisco.
En 2008 se instalaron 27 260 MW de nueva capacidad de
generación eólica en el mundo, elevando la capacidad total
de generación eólica del mundo a 121 200 MW. Estados Unidos,
Alemania, Dinamarca y España contribuyen con más del
75 por ciento de la capacidad actual de generación eólica de
electricidad en el mundo. Dinamarca usa turbinas eléctricas
para suministrar el 10 por ciento de su electricidad nacional.