Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
5-104 Repita el problema 5-103, con un ducto circular horizontal
de 10 cm de diámetro.
5-105 Una tarjeta de circuitos impresos, de 9 cm de altura y
18 cm de longitud, con un canal hueco en su interior, disipa
15 W en total. El espesor del canal hueco de la tarjeta es 0.25
cm y su ancho es 12 cm. Si el aire de enfriamiento entra al
canal a 25 °C y 1 atm, con un flujo de 0.8 L/s, determine la
temperatura promedio a la que sale el aire del interior hueco.
Respuesta: 46.0 °C
5-106 Una computadora, enfriada mediante un ventilador,
contiene ocho tarjetas de circuitos impresos, que disipan 10 W
de potencia cada una. La altura de las tarjetas es 12 cm y su
longitud es 18 cm. El aire de enfriamiento es suministrado por
un ventilador de 25 W montado en la entrada. Si el aumento
de temperatura del aire no debe ser mayor que 10 °C al pasar
por la caja de la computadora, determine a) la tasa de flujo
del aire que debe entregar el ventilador y b) la fracción de
aumento de temperatura del aire, debida al calor generado por
el ventilador y su motor.
Respuestas: a) 0.0104 kg/s, b) 24 por ciento
Salida
de aire
Entrada
de aire
FIGURA P5-106
TCI, 10 W
5-107 A un tramo de 22 m de tubo de hierro fundido, de 2.5
cm de diámetro interior, entra agua caliente a 90 °C, con una
velocidad promedio de 0.6 m/s. La superficie externa del tubo
está expuesta al aire frío, a 10 °C, que hay en un sótano. Si el
agua sale del sótano a 88 °C, determine la tasa de pérdida de
calor del agua.
5-108 Considere nuevamente el problema 5-107. Use
el programa EES (u otro) para investigar el
efecto del diámetro interior del tubo sobre la tasa de pérdidas
de calor. Haga variar el diámetro de 1.5 a 7.5 cm. Trace la
gráfica de la pérdida de calor en función del diámetro y describa
los resultados.
5-109 Se va a calentar un recinto de 5 m 6 m 8 m de
dimensiones con un calentador eléctrico colocado en el interior
de un tramo corto de ducto ubicado dentro del recinto.
Al principio, el recinto está a 15 °C y la presión atmosférica
local es 98 kPa. El recinto pierde calor en forma constante, al
exterior, a una tasa de 200 kJ/min. Un ventilador de 200 W de
potencia hace circular el aire, en régimen estacionario, por el
ducto de un calentador eléctrico colocado dentro del recinto, a
un flujo másico de 50 kg/min. Se puede suponer que el ducto
es adiabático y que no hay fugas de aire del recinto. Si se
necesitan 15 minutos para que el aire del recinto alcance una
temperatura promedio de 25 °C, calcule a) la potencia nominal
del calentador eléctrico y b) el aumento de temperatura
que tiene el aire cada vez que pasa por el calentador.
5-110E Las necesidades de agua caliente para una vivienda
se van a satisfacer calentando agua a 55 °F, hasta 180 °F, a
una razón de 4 lbm/s, con un colector solar parabólico. El agua
pasa por un tubo de aluminio de pared delgada, de 1.25 pulg
de diámetro, cuya superficie externa está anodizada en negro,
para maximizar la absorción solar. El eje del tubo coincide
con el eje focal del colector, y alrededor del tubo se coloca
una camisa de vidrio para minimizar las pérdidas de calor. Si
la energía solar se transfiere al agua con una tasa neta de 400
Btu/h por pie de longitud del tubo, calcule la longitud necesaria
del colector parabólico, para satisfacer las necesidades de
agua caliente en esta vivienda.
5-111 Una casa tiene un sistema eléctrico de calefacción, formado
por un ventilador de 300 W de potencia y un elemento
calefactor de resistencia eléctrica, colocados en un ducto. Por
el ducto pasa constantemente aire a un flujo de 0.6 kg/s y su
temperatura aumenta 7 °C. La tasa de pérdida de calor del aire
en el ducto se estima en 300 W. Determine la potencia del elemento
calefactor de resistencia eléctrica. Respuesta: 4.22 kW
5-112 A un tubo horizontal largo, de diámetro D 1 12 cm
en la entrada, entra vapor de agua a 2 MPa y 300 °C, con
3 m/s de velocidad. Más adelante las condiciones son 800 kPa
y 250 °C y el diámetro es D 2 10 cm. Determine a) el flujo
másico del vapor y b) la tasa de flujo de calor.
Respuestas: a) 0.270 kg/s, b) 19.9 kJ/s
5-113 A un tubo aislado entra vapor de agua a 200 kPa y
200 °C, y sale a 150 kPa y 150 °C. La relación de diámetros
de entrada entre salida para ese tubo es D 1 /D 2 1.80. Determine
las velocidades de entrada y salida del vapor.
D 1
200 kPa
200 °C
900 kPa
60 C
Vapor
de agua
FIGURA P5-113
q salida
R-134a
FIGURA P5-114
D 2
150 kPa
150 °C
5-114 Al condensador de un refrigerador entra refrigerante
134a a 900 kPa y 60 °C, y sale como líquido saturado a la
misma presión. Determine la transferencia de calor desde el
refrigerante, por unidad de masa.
900 kPa
Líq. sat.