Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 2
de electricidad de 7 centavos por kWh, determine el costo anual de energía
y explique los efectos que la iluminación tendrá sobre la calefacción y el sistema
de aire acondicionado del aula.
Solución Se piensa iluminar un aula mediante lámparas fluorescentes. Se
determinará el costo anual de la electricidad para iluminación y se analizará
el efecto que ésta tendrá en la calefacción y en el sistema de aire acondicionado.
Suposiciones El efecto de las fluctuaciones de voltaje es insignificante porque
cada lámpara fluorescente consume su potencia nominal.
Análisis La potencia eléctrica que consumen las lámparas cuando todas están
encendidas y el número de horas por año que así se mantienen se expresa
Potencia de iluminación (potencia que consume la lámpara) (número
de lámparas)
(80 W/lámpara)(30 lámparas)
2 400 W 2.4 kW
Horas de operación (12 h/día)(250 días/año) 3 000 h/año
Entonces la cantidad y el costo de la electricidad consumida por año es
Energía de iluminación (potencia de iluminación)(horas de operación)
(2.4 kW)(3 000 h/año) 7 200 kWh/año
Costo de iluminación (energía de iluminación)(costo unitario)
(7 200 kWh/año)($0.07/kWh) $504/año
Las superficies absorben la luz que incide en ellas y ésta se convierte en energía
térmica. Si se ignora la luz que escapa por las ventanas, los 2.4 kW de
potencia eléctrica que consumen las lámparas en algún momento se vuelven
parte de la energía térmica del salón, por lo tanto el sistema de iluminación
reduce los requerimientos de calefacción en 2.4 kW, pero incrementa la carga
del sistema de aire acondicionado en 2.4 kW.
Comentario El costo de iluminación para el aula es mayor a $500, lo que
demuestra la importancia de las medidas de conservación de energía. Si se emplearan
bombillas eléctricas incandescentes, los costos de iluminación se cuadruplicarían,
ya que este tipo de lámparas usan cuatro veces más potencia para
producir la misma cantidad de luz.
EJEMPLO 2-14 Conservación de la energía para una bola
de acero oscilante
Se analizará el movimiento de una bola de acero dentro de un tazón hemisférico
de radio h (Fig. 2-53). Al inicio la bola se mantiene en el lugar más alto,
el punto A, pero después es liberada. Obtenga las relaciones para la conservación
de energía de la bola tanto para el movimiento sin fricción como el real.
Solución Se libera una bola de acero en un tazón y se obtendrán las relaciones
para el balance de energía.
Suposiciones El movimiento es sin fricción, entonces la fricción entre la bola,
el tazón y el aire es insignificante.
Análisis Cuando se libera la bola, ésta acelera bajo la influencia de la gravedad,
alcanza una velocidad máxima (y elevación mínima) en el punto B, al
fondo del tazón, y asciende hacia el punto C en el lado opuesto. En el caso
ideal del movimiento sin fricción, la bola oscilará entre los puntos A y C. El
movimiento real tiene que ver con la conversión entre sí de las energías cinética
h
z
0
1
A
Bola
de acero
FIGURA 2-53
Esquema para el ejemplo 2-14.
B
2
C