Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 6
36 ºC
R
15 ºC
16 000 kJ/h
FIGURA P6-103
25 °C
·
W entrada
6-104 El desempeño de una bomba de calor se degrada (es
decir, disminuye su COP) al disminuir la temperatura de la
fuente de calor. Esto hace poco atractivo el uso de bombas
de calor en ubicaciones con condiciones climatológicas severas.
Considere una casa que se calienta y se mantiene a 20 °C
mediante una bomba de calor durante el invierno. ¿Cuál es el
COP máximo para esta bomba de calor si el calor se extrae
del aire exterior a a) 10 °C, b) 5 °C y c) 30 °C?
6-105E Una bomba de calor se va a usar para calentar una
casa en el invierno. La casa se debe mantener a 78 °F todo el
tiempo. Cuando la temperatura exterior cae a 25 °F, las pérdidas
de calor de la casa se estiman en 55,000 Btu/h. Determine
la potencia mínima necesaria para accionar esta bomba
de calor si el calor se extrae de a) el aire exterior a 25 °F y b)
el agua del pozo a 50 °F.
6-106 Una bomba de calor de Carnot se usa para calentar
una casa y mantenerla a 25 °C en invierno. Un día en que la
temperatura exterior promedio permanece alrededor de 2 °C, se
estima que la casa pierde calor a razón de 55,000 kJ/h. Si la
bomba de calor consume 6.6 kW de potencia al operar, determine
a) cuánto tiempo trabajó la bomba ese día; b) los costos
totales de calentamiento, suponiendo un precio promedio de
$0.085/kWh de electricidad, y c) el costo de calefacción para
el mismo día si se usara un calentador eléctrico en vez de una
bomba de calor.
Respuestas: a) 4.29 h; b) $2.41; c) $31.20
55 000 kJ/h
6-107 Una máquina térmica de Carnot recibe calor de un
depósito a 900 °C a razón de 800 kJ/min, y rechaza el calor
de desecho al aire ambiente a 27 °C. Toda la potencia producida
por la máquina térmica se usa para accionar un refrigerador
que quita calor del espacio refrigerado a 5 °C y lo
transfiere al mismo aire ambiente a 27 °C. Determine a) la
tasa máxima de remoción de calor del espacio refrigerado y
b) la tasa total de rechazo de calor al aire ambiente.
Respuestas: a) 4 982 kJ/min, b) 5 782 kJ/min
6-108E Una máquina térmica de Carnot recibe calor de un
depósito a 1.700 °F a razón de 700 Btu/min, y rechaza el
calor de desecho al aire ambiente a 80 °F. Toda la potencia
producida por la máquina térmica se usa para accionar un
refrigerador que quita calor del espacio refrigerado a 20 °F y
lo transfiere al mismo aire ambiente a 80 °F. Determine a) la
tasa máxima de remoción de calor del espacio refrigerado y
b) la tasa total de rechazo de calor al aire ambiente.
Respuestas: a) 4 200 Btu/min; b) 4 900 Btu/min
6-109 La estructura de una casa es tal que pierde calor a
razón de 3 800 kJ/h por °C de diferencia entre el interior y el
exterior. Se usa una bomba de calor que necesita una entrada
de potencia de 4 kW para mantener la casa a 24 °C. Determine
la temperatura exterior más baja para la cual esta bomba
puede satisfacer las necesidades de calefacción de esta casa.
Respuesta: 13.3 °C
6-110 Se usa un acondicionador de aire con refrigerante
134a como fluido de trabajo para mantener un cuarto a 23 °C
rechazando el calor de desecho al aire exterior a 37 °C. El
cuarto gana calor a través de las paredes y las ventanas a
razón de 250 kJ/min, mientras que el calor generado por la
computadora, la TV y las luces es de 900 W. El refrigerante
entra al compresor a 400 kPa como vapor saturado a razón de
100 L/min y sale a 1.200 kPa y 70 °C. Determine a) el COP
real, b) el COP máximo y c) el flujo volumétrico mínimo del
refrigerante en la entrada del compresor para las mismas condiciones
de entrada y salida del compresor.
Respuestas: a) 3.45, b) 21.1, c) 16.3 L/min
·
Válvula de
expansión
Q H
Condensador
Compresor
1.2 MPa
70 °C
·
W entrada
Evaporador
Vapor saturado,
400 kPa
BC
2 °C
FIGURA P6-106
6.6 kW
·
Q L
FIGURA P6-110
6-111 Calcule y grafique el COP de un refrigerador completamente
reversible como función de la temperatura del sumidero
hasta 500 K, con la temperatura de la fuente fijada a 250 K.