Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
6-174 Un refrigerador doméstico nuevo típico consume alrededor
de 680 kWh de electricidad por año y tiene un coeficiente
de desempeño de 1.4. La cantidad de calor que quita
este refrigerador del espacio refrigerado por año es
a) 952 MJ/año b) 1 749 MJ/año c) 2 448 MJ/año
d) 3 427 MJ/año e) 4 048 MJ/año
6-175 Un acondicionador de aire de ventana que consume
1 kW de electricidad cuando opera y tiene un coeficiente de
desempeño de 3, se coloca en medio de un cuarto, y se conecta
a la corriente. La tasa de enfriamiento o calefacción que dará
este acondicionador de aire al aire en el cuarto cuando opera es
a) 3 kJ/s, enfriamiento b) 1 kJ/s, enfriamiento
c) 0.33 kJ/s, calefacción d) 1 kJ/s, calefacción
e) 3 kJ/s, calefacción
Problemas de diseño y pruebas
6-176 Una vez se propuso que la función de temperatura
termodinámica debería ser ln T en vez de T. ¿Cómo habría
cambiado esta sugerencia las expresiones para los índices de
desempeño de máquinas térmicas, refrigeradores y bombas
térmicas completamente reversibles?
6-177 Demuestre que el trabajo que produce un proceso
reversible excede al producido por un proceso equivalente
irreversible considerando un peso que se desciende por un
plano tanto con fricción como sin ella.
6-178 El Sol suministra energía electromagnética a la Tierra.
Parece tener una temperatura efectiva de aproximadamente
5.800 K. En un día despejado de verano en América
del Norte, la energía incidente en una superficie de cara al Sol
es de aproximadamente 0.95 kW/m 2 . La energía solar electromagnética
se puede convertir en energía térmica al absorberse
en una superficie oscurecida. ¿Cómo podría usted caracterizar
el potencial de trabajo de la energía solar cuando se va a usar
para producir trabajo?
6-179 Con la investigación para reducir la contaminación
térmica y aprovechar las fuentes renovables de energía, algunas
personas han propuesto que aprovechemos fuentes tales
como las descargas de las plantas de energía eléctrica, la energía
geotérmica y la energía térmica de los océanos. Aunque
muchas de estas fuentes contienen una enorme cantidad de
energía, la cantidad de trabajo que son capaces de producir
es limitada. ¿Cómo podría usted utilizar el potencial de trabajo
para asignar una “calidad de energía” a estas fuentes propuestas?
Pruebe su medida propuesta de “calidad de energía”
aplicándola a la fuente térmica oceánica, donde la temperatura
a 30 m debajo de la superficie es quizá 5 °C menor que en la
superficie. Aplíquela también a la fuente de agua geotérmica,
donde la temperatura a 2 a 3 km debajo de la superficie es
quizá 150 °C más alta que en la superficie.
6-180 El trabajo máximo que se puede producir por una
máquina térmica se puede aumentar disminuyendo la temperatura
de su sumidero. Por lo tanto, parece lógico usar refrigeradores
para enfriar el sumidero y reducir su temperatura. ¿Cuál
es el error en esta lógica?
6-181 Usando un cronómetro (o reloj) y un termómetro,
lleve a cabo el siguiente experimento para determinar la tasa
de ganancia de calor de su refrigerador. Primero, asegúrese
de que la puerta del refrigerador no se abra durante al menos
unas pocas horas, de modo que se establezcan condiciones
estacionarias de operación. Ponga en marcha el cronómetro
cuando el refrigerador deje de funcionar, y mida el tiempo t 1
durante el cual permanece apagado antes de volver a arrancar.
Luego mida el tiempo t 2 durante el cual permanece funcionando.
Observe que el calor que se quita durante t 2 es igual
a la ganancia de calor del refrigerador durante t 1 t 2 , y
usando la potencia consumida por el refrigerador cuando está
funcionando, determine la tasa promedio de ganancia de calor
para su refrigerador, en W. Tome el COP (coeficiente de desempeño)
de su refrigerador como 1.3, si no está disponible.
6-182 Diseñe una unidad de hidroenfriamiento que pueda
enfriar frutas y vegetales de 30 a 5 °C a razón de 20,000 kg/h
bajo las siguientes condiciones:
La unidad será del tipo inundado, que enfriará los productos
cuando se transportan en el canal lleno de agua. Los productos
se dejarán caer en el canal lleno de agua en un extremo
y se recogerán en el otro extremo. El canal puede tener una
anchura hasta de 3 m y un altura hasta de 90 cm. El agua se
circulará y se enfriará por la sección de evaporador de un sistema
de refrigeración. La temperatura del refrigerante dentro
de los serpentines será 2 °C, y la temperatura del agua no ha
de caer debajo de 1 °C y no ha de exceder 6 °C.
Suponiendo valores razonables para la densidad promedio,
el calor específico y la porosidad del producto (la fracción del
volumen de aire en una caja), recomiende valores razonables
para a) la velocidad del agua por el canal y b) la capacidad de
refrigeración del sistema de refrigeración.