Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
desarrollada por la máquina térmica se usa para accionar un
refrigerador de Carnot que quita calor del espacio enfriado a
15 °C a razón de 250 kJ/min, y lo rechaza al mismo ambiente
a 300 K. Determine a) la tasa de suministro de calor a la máquina
térmica y b) la tasa total de rechazo de calor al ambiente.
6-137 Reconsidere el problema 6-136. Usando el software
EES (u otro), investigue los efectos de la
temperatura de la fuente de la máquina térmica y la temperatura
del espacio enfriado sobre el calor que se necesita suministrar
a la máquina térmica y sobre la tasa total de rechazo de
calor al ambiente. Suponga que la temperatura de la fuente varía
de 500 a 1.000 K, la temperatura del ambiente varía de 275 a
325 K, y la temperatura del espacio enfriado varía de 20 a
0 °C. Grafique el suministro necesario de calor contra la temperatura
de la fuente para la temperatura del espacio enfriado
de 15 °C y temperaturas del ambiente de 275, 300 y 325 K,
y explique los resultados.
6-138 Una máquina térmica opera entre dos depósitos a 800
y 20 °C. La mitad de la potencia desarrollada por la máquina
térmica se usa para acccionar una bomba de calor de Carnot
que quita calor del entorno frío a 2 °C y lo transfiere a una
casa que se mantiene a 22 °C. Si la casa pierde calor a razón de
62,000 kJ/h, determine la tasa mínima de suministro de calor a
la máquina térmica necesaria para mantener la casa a 22 °C.
6-139E Un inventor afirma haber desarrollado un refrigerador
que mantiene el espacio refrigerado a 35 °F operando en
un cuarto en el que la temperatura es de 75 °F, y que tiene un
COP de 13.5. ¿Esta afirmación es razonable?
6-140 Considere un ciclo de bomba de calor de Carnot que
se ejecuta en sistema de flujo constante en la región de saturación
usando refrigerante 134a con un flujo de 0.22 kg/s como
fluido de trabajo. Se sabe que la temperatura máxima absoluta
en el ciclo es 1.2 veces la temperatura mínima absoluta, y la
potencia neta consumida en el ciclo es 5 kW. Si el refrigerante
cambia de vapor saturado a líquido saturado durante el
proceso de rechazo de calor, determine la relación de las presiones
máxima a mínima en el ciclo.
6-141 Cambiar las lámparas incandescentes con lámparas
fluorescentes energéticamente eficientes puede reducir el
consumo de energía de iluminación a la cuarta parte de la que
era antes. La energía consumida por las lámparas se convierte
finalmente en calor y, por lo tanto, al cambiar a iluminación
energéticamente eficiente también reduce la carga de enfriamiento
en el verano, pero aumenta la carga de calefacción
en invierno. Considere un edificio que recibe calefacción de
un horno de gas natural con una eficiencia de 80 por ciento,
y se enfría mediante un acondicionador de aire con un COP
de 3.5. Si la electricidad cuesta $0.08/kWh y el gas natural
cuesta $1.40/termia (1 termia 105,500 kJ), determine si la
iluminación eficiente aumentará o disminuirá el costo total de
energía del edificio a) en verano; b) en invierno.
6-142 Una bomba de calor suministra calor a una casa a
razón de 140,000 kJ/h cuando la casa se mantiene a 25 °C.
Durante un periodo de un mes, la bomba de calor opera
durante 100 horas para transferir energía de una fuente térmica
fuera de la casa al interior de la casa. Considere una bomba
de calor que recibe calor de dos fuentes diferentes exteriores
de energía. En una aplicación, la bomba de calor recibe calor
del aire exterior a 0 °C. En una segunda aplicación, la bomba
de calor recibe calor de un lago que tiene una temperatura de
agua de 10 °C. Si la electricidad cuesta $0.085/kWh, determine
la cantidad máxima de dinero que se ahorra por usar el
agua de lago en vez del aire exterior como fuente de calor.
6-143 El espacio vacío de carga de un camión refrigerado,
cuyas dimensiones internas son 12 m 2.3 m 3.5
m, se va a preenfriar de 25 °C a una temperatura promedio
de 5 °C. La construcción del camión es tal que hay una
transmisión de ganancia de calor a razón de 80 W/ °C. Si
la temperatura ambiente es de 25 °C, determine cuánto tardará
un sistema con una capacidad de refrigeración de 8
kW en preenfriar este camión.
80 W/°C
Camión
refrigerado
12 m × 2.3 m × 3.5 m
25 a 5 °C
FIGURA P6-143
25 °C
6-144 Un sistema de refrigeración debe enfriar barras de pan
con una masa promedio de 350 g de 30 a 10 °C a razón
de 1 200 barras por hora mediante aire refrigerado a 30 °C.
Tomando los calores específico y latente promedio del pan
como 2.93 kJ/kg · °C y 109.3 kJ/kg, respectivamente, determine
a) la tasa de remoción de calor de los panes, en kJ/h; b)
el flujo volumétrico de aire necesario, en m 3 /h, si la elevación
de temperatura del aire no ha de exceder 8 °C, y c) el tamaño
del compresor del sistema de refrigeración, en kW, para un
COP de 1.2 del sistema de refrigeración.
6-145 Las necesidades de agua potable de una planta de producción
con 20 empleados se deben satisfacer mediante una
Agua fría
8 °C
Entrada
de agua
Depósito
22 °C
de agua
0.4 L/h . persona
25 °C
Fuente
de agua
FIGURA P6-145
Sistema de
refrigeración