Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
38%
73%
Estufa de gas
Estufa eléctrica
EJEMPLO 2-15 Costo de la energía para cocinar
con estufas eléctricas y de gas
La eficiencia de los aparatos para cocinar afecta la ganancia de calor interna
puesto que un aparato ineficiente consume una mayor cantidad de energía
para la misma tarea, mientras el exceso de energía consumida se manifiesta
como calor en el espacio cercano. La eficiencia de los quemadores abiertos
se determina como 73 por ciento para las unidades eléctricas y 38 por ciento
para las de gas (Fig. 2-59). Considere un quemador eléctrico de 2 kW en
un lugar donde el costo unitario de la electricidad y el gas natural es de
$0.09/kWh y $1.20/termia, respectivamente. Determine la tasa de consumo
de energía y el costo unitario de ésta, tanto para el quemador eléctrico como
el de gas.
FIGURA 2-59
Esquema de la unidad de calentamiento
eléctrico con una eficiencia de 73 por
ciento y un quemador de gas con 38 por
ciento, analizados en el ejemplo 2-15.
Solución Se considera la operación de estufas eléctricas y de gas. Se determinarán
la tasa de consumo de energía y el costo unitario de la energía utilizada.
Análisis La eficiencia del calentador eléctrico es de 73 por ciento. Así, un
quemador que consume 2 kW de electricidad dará
Q # utilizada 1entrada de energía2 1eficiencia2 12 kW210.732 1.46 kW
de energía útil. El costo unitario de la energía utilizada es inversamente proporcional
a la eficiencia, y se determina a partir de
Costo de la
energía utilizada
Costo de energía
consumida
Eficiencia
$0.09>kWh
0.73
$0.123>kWh
Si se toma en cuenta que la eficiencia de un quemador de gas es de 38 por
ciento, la energía que entra a éste, el cual suministra energía utilizada a la
misma tasa (1.46 kW), es
Q # entrada,gas
Q # utilizada
Eficiencia
1.46 kW
0.38
3.84 kW 1 13 100 Btu>h2
dado que 1 kW 3 412 Btu/h. Por lo tanto, un quemador de gas debe tener
una capacidad nominal de por lo menos 13 100 Btu/h para que funcione
igual que el eléctrico.
Como 1 termia 29.3 kWh, el costo unitario de la energía utilizada en el
caso de un quemador de gas se determina como
Costo de la
energía utilizada
Costo de energía
consumida
Eficiencia
$0.108>kWh
$1.20>29.3 kWh
0.38
Comentario El costo del gas utilizado es menos de la mitad del costo unitario
de la electricidad consumida. Por lo tanto, a pesar de su mayor eficiencia,
cocinar con un quemador eléctrico costará 14 por ciento más en comparación
con el de gas. Esto explica por qué los consumidores conscientes del costo
siempre piden aparatos de gas, y por qué no es aconsejable usar electricidad
para fines de calefacción.
Eficiencia de dispositivos mecánicos y eléctricos
La transferencia de energía mecánica normalmente se lleva a cabo mediante
una flecha rotatoria; de ahí que el trabajo mecánico se denomine trabajo de flecha.
Una bomba o un ventilador reciben trabajo de flecha (comúnmente de un
motor eléctrico) y lo transfieren al fluido como energía mecánica (menos las