Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
Muchas turbinas de viento que se encuentran actualmente
en operación tienen sólo dos hojas; esto se debe a que a una
rapidez de punta de hoja de 100 a 200 mph, la eficiencia de
la turbina de dos hojas se aproxima al máximo teórico, y el
aumento de eficiencia obtenido por la adición de una tercera o
cuarta hoja es tan pequeño que no justifica el costo y el peso
adicionales.
Considere una turbina de viento con un rotor con diámetro
de 80 m que gira a 20 rpm con vientos constantes con velocidad
promedio de 30 km/h. Suponiendo que la turbina tiene
una eficiencia de 35 por ciento (es decir, convierte 35 por
ciento de la energía cinética del viento en electricidad), determine
a) la potencia producida, en kW; b) la rapidez de punta
de la hoja, en km/h y c) el ingreso generado por la turbina de
viento por año si la potencia eléctrica producida se vende a
la empresa eléctrica a $0.06/kWh. Tome la densidad del aire
como 1.20 kg/m 3 .
2-118 Un hogar representativo paga casi $1 200 al año por
facturas de energía, y el Departamento de Energía de Estados
Unidos estima que 46 por ciento de esta energía se usa para
calefacción o enfriamiento: 15 por ciento para calentar agua,
15 para refrigerar y congelar y 24 para iluminación, cocinar
y uso de otros aparatos. Los costos de calefacción y enfriamiento
de una casa mal aislada se pueden reducir hasta 30 por
ciento si se colocan materiales aislantes adecuados. Si el costo
del aislamiento es de $200, determine cuánto tiempo toma
recuperar la inversión como resultado del ahorro de energía.
2-119 El Departamento de Energía en Estados Unidos estima
que se puede ahorrar hasta 10 por ciento de la energía consumida
en una casa, si se calafatean puertas y ventanas, encintándolas
con bandas selladoras, para reducir las fugas de aire, con
un costo aproximado de $60 en materiales para una vivienda
promedio con 12 ventanas y 2 puertas. Con un sellado y colocación
de cintas de cierre en cada vivienda con calefacción de
gas, se ahorraría la energía suficiente como para calentar unos
4 millones de hogares. Los ahorros pueden aumentar al instalar
ventanas térmicas. Calcule en cuánto tiempo se pagaría el
costo del sellado y cintas de cierre, con la energía que ahorran
en una vivienda donde se usa el equivalente anual de energía
de $1 500.
2-120E La energía almacenada en el resorte de un vagón de
ferrocarril es de 5 000 lbf · pie. ¿Cuál es la energía a) en unidades
de lbm, pies y s; b) en unidades de lbf y yardas (yd), y
c) en unidades de lbm, millas y horas?
2-121E La fuerza necesaria para expandir el gas en un resorte
de gas una distancia x está dada por
F
Constante
x k
FIGURA P2-114
© Vol. 57/PhotoDisc
2-115 Repita el problema 2-114 para una velocidad de viento
promedio de 20 km/h.
2-116E El contenido de energía, los costos unitarios y las
eficiencias de conversión características de varias fuentes de
energía usadas en calentadores de agua, son: 1 025 Btu/pie 3 ,
$0.012/pie 3 y 55 por ciento para gas natural; 138 700 Btu/gal,
$1.15/gal y 55 por ciento para calentadores de petróleo;
1 kWh/kWh, $0.048/kWh y 90 por ciento para calentadores
eléctricos, respectivamente. Determine la fuente de energía de
menor costo para calentadores de agua.
2-117 Un propietario está analizando la adquisición de alguno
de estos sistemas de calefacción para su casa: calentamiento
mediante resistencia eléctrica con $0.09/kWh y 1 kWh
3 600 kJ, calentamiento a base de gas con $1.24/unidad
térmica y 1 termia 105 500 kJ, y calentamiento a base de
petróleo con $1.25/gal y 1 gal de petróleo 138 500 kJ.
Suponiendo eficiencias de 100 por ciento para el horno eléctrico
y de 87 por ciento para los de gas y petróleo, determine
el sistema de calefacción con el costo mínimo de energía.
donde la constante está determinada por la geometría de este
dispositivo, y k está determinada por el gas que se usa en
el dispositivo. Un dispositivo como éste tiene una constante
de 200 lbf · pulg 1.4 y k = 1.4. Determine el trabajo, en Btu,
necesario para comprimir este dispositivo de 1 in a 4 in.
Respuesta: 0.0228 Btu
2-122E Una persona que pesa 180 lbf empuja un bloque que
pesa 100 lbf, por un plano horizontal. El coeficiente dinámico
de fricción entre el bloque y el plano es 0.2. Suponiendo que
el bloque se mueve con velocidad constante, calcule el trabajo
necesario para moverlo una distancia de 100 pies, considerando
que a) el hombre y b) el bloque es el sistema. Exprese
sus respuestas en lbf · pie y también en Btu.
2-123 Un motor diésel, con volumen de cilindros 4.0 L y
velocidad de motor 2 500 rpm, trabaja con una relación airecombustible
igual a 18 kg de aire/kg de combustible. Usa diésel
ligero, que contiene 750 ppm (partes por millón) de azufre,
en masa. Todo ese azufre se descarga al ambiente, donde se
convierte en ácido sulfuroso, H 2 SO 3 . Si el flujo de aire que
entra al motor es 336 kg/h, calcule el flujo másico de masa
de azufre en el escape. También determine el flujo másico de
ácido sulfuroso agregado al ambiente, si por cada kmol de azufre
en el escape se formará un kmol de ácido sulfuroso en el ambiente.