Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 4
4-133 Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción, y un
recipiente rígido, contienen 12 kg de un gas ideal, cada uno a la
misma temperatura, presión y volumen. Se desea elevar 15 °C
las temperaturas de ambos sistemas. Determine la cantidad de
calor adicional, en comparación con el recipiente rígido, que
se debe suministrar al gas en el cilindro, que se mantiene a
presión constante, para lograr ese resultado. Suponga que la
masa molar del gas es 25.
4-134 Una casa con calentamiento solar pasivo, pierde calor
al ambiente, a una tasa promedio de 50,000 kJ/h; se mantiene
siempre a 22 °C durante una noche invernal, durante 10 h. La
casa se va a calentar con 50 recipientes de vidrio, y cada uno
de ellos contiene 20 L de agua que se calienta durante el día
hasta 80 °C absorbiendo energía solar. Hay un calentador eléctrico
de respaldo, controlado por termostato, de 15 kW, que se
enciende cuando es necesario para mantener la casa a 22 °C.
a) ¿Cuánto tiempo trabaja el sistema eléctrico esa noche? b)
¿Cuánto tiempo trabajaría el calentador eléctrico esa noche, si
la casa no tuviera calentamiento solar?
Respuestas: a) 4.77 h, b) 9.26 h
tura mínima del agua cuando se introduce al recinto. Suponga
que los calores específicos del aire y del agua son constantes e
iguales a los calores específicos a la temperatura ambiente.
4-138 Se va a determinar el contenido de energía en cierto
alimento, en una bomba calorimétrica que contiene 3 kg de
agua; se queman 2 g de la muestra en presencia de 100 g
de aire, en la cámara de reacción. Si la temperatura del agua
aumenta 3.2 °C cuando se establece el equilibrio, determine
el contenido energético del alimento, en kJ/kg, despreciando
la energía térmica almacenada en la cámara de reacción, y la
energía suministrada por el mezclador. ¿Cuál es el error aproximado
que se comete al despreciar la energía térmica almacenada
en la cámara de reacción? Respuesta: 20,060 kJ/kg
Cámara
de reacción
Alimento
ΔT = 3.2 °C
22 °C
FIGURA P4-134
Bomba
Agua
80 °C
4-135 Un elemento calefactor con resistencia eléctrica de
1.800 W se sumerge en 40 kg de agua a 20 °C. Determine
cuánto tiempo tardará en aumentar la temperatura del agua
hasta 80 °C.
4-136 Una tonelada (1 000 kg) de agua líquida a 80 °C se
guarda en un recinto bien aislado y bien sellado, de 4 m
5 m 6 m de dimensiones, que está inicialmente lleno de aire
a 15 °C y 95 kPa. Suponiendo que los calores específicos del
agua y del aire son constantes e iguales a los calores específicos
a la temperatura ambiente, determine la temperatura final
de equilibrio en el recinto. Respuesta: 49.2 °C
4-137 Se va a calentar un recinto de 4 m 5 m 6 m de
dimensiones con una tonelada (1 000 kg) de agua líquida contenida
en un tanque que se introduce al recinto lleno de aire.
El recinto pierde calor al exterior, a una tasa promedio de
8.000 kJ/h. Al principio, sus condiciones son 20 °C y 100 kPa,
y siempre se mantiene a una temperatura promedio de 20 °C.
Si el agua caliente debe satisfacer las necesidades de calentamiento
de ese recinto durante 24 horas, determine la tempera-
FIGURA P4-138
4-139 Una persona pesa 68 kg, y su temperatura corporal
promedio es 39 °C; toma 1 L de agua fría a 3 °C, para tratar
de enfriarse. Suponiendo que el calor específico promedio de
ese hombre es 3.6 kJ/kg · °C, calcule la disminución de la temperatura
corporal media de esa persona, debida a esa agua fría.
4-140 Se va a enfriar un vaso con 0.3 L de agua a 20 °C con
hielo, hasta 5 °C. Determine cuánto hielo se necesita agregar,
en gramos, si está a) a 0 °C y b) a 20 °C. También determine
cuánta agua se necesitaría si el enfriamiento se hiciera
con agua fría a 0 °C. La temperatura de fusión y el calor de
fusión del hielo a la presión atmosférica son 0 °C y 333.7 kJ/
kg, respectivamente, y la densidad del agua es 1 kg/L.
4-141 Regrese al problema 4-140. Use el programa
EES (o cualquier otro) para investigar el efecto
de la temperatura inicial del hielo sobre la masa final requerida.
Haga que la temperatura del hielo varíe de 26 a 0 °C.
Grafique la masa de hielo en función de su temperatura inicial,
y describa los resultados.
4-142 Un recipiente rígido contiene 0.4 m 3 de aire a 400 kPa
y 30 °C, se conecta con una válvula a un dispositivo de cilindroémbolo,
cuyo volumen mínimo es cero. La masa del émbolo
es tal que se requiere una presión de 200 kPa para subirlo.
Entonces, se abre un poco la válvula, y se deja que pase aire
al cilindro, hasta que la presión en el recipiente baje a 200 kPa.
Durante este proceso se intercambia calor con los alrededores,
de tal modo que el aire en su conjunto permanece siempre a
30 °C. Determine el calor transferido en este proceso.