Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

102
ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
nas, se usan continuamente los 12 aparatos, y también hay dos
personas haciendo ejercicios ligeros mientras esperan su turno
para usar un aparato. Suponiendo que la tasa promedio de disipación
de calor de las personas en un gimnasio es 525 W, determine
la tasa de aumento de calor en el gimnasio, proveniente de
las personas y el equipo, en condiciones de carga pico.
2-67 Un cuarto se enfría mediante circulación de agua enfriada
a través de un intercambiador de calor ubicado en un
cuarto. El aire se hace circular por el intercambiador mediante
un ventilador de 0.25 hp de potencia en el eje. La eficiencia
típica de los motores eléctricos pequeños que accionan equipo
de 0.25 hp es de 54 por ciento. Determine la tasa de suministro
de calor del conjunto de ventilador y motor al cuarto.
2-68 El agua de un lago grande se va a usar para generar
electricidad mediante la instalación de un sistema turbina
hidráulica-generador en una ubicación donde la profundidad
del agua es de 50 m (Fig. 2-62). Se va a suministrar agua a
razón de 5 000 kg/s. Si la potencia eléctrica generada se mide
como 1 862 kW, y la eficiencia del generador es de 95 por
ciento, determine a) la eficiencia general del sistema turbina-generador,
b) la eficiencia mecánica de la turbina y c) la
potencia de eje suministrada por la turbina al generador.
2-69 En cierta ubicación, el viento sopla constantemente a
7 m/s. Determine la energía mecánica del aire por unidad de
masa y el potencial de generación de potencia de un aerogenerador
con hojas de 80 m de diámetro en ese sitio. También
determine la generación efectiva de potencia suponiendo una
eficiencia total de 30 por ciento. Tome la densidad del aire
como 1.25 kg/m 3 .
2-70 Reconsidere el problema 2-69. Usando el software
EES (u otro), investigue el efecto de la
velocidad del viento y el diámetro de envergadura de hojas
sobre la generación eólica de potencia. Suponga que la velocidad
varía de 5 a 20 m/s en incrementos de 54 m/s, y que el
diámetro varía de 20 a 120 m en incrementos de 20 m. Tabule
los resultados, y explique su importancia.
2-71 Se bombea agua de un lago hacia un gran recipiente de
almacenamiento situado 20 m arriba, a una tasa de 70 L/s con
un consumo de potencia eléctrica de 20.4 kW. Sin considerar
las pérdidas por fricción en las tuberías ni los cambios de
energía cinética, determine a) la eficiencia global de la unidad
bomba-motor y b) la diferencia de presión entre la entrada y
la salida de la bomba.
2-72 Hay grandes aerogeneradores con diámetros de aspa de
más de 100 m usadas para generar energía eléctrica. Considere
una turbina eólica con un diámetro de aspa de 100 m instalada
en un lugar en que soplan permanentemente vientos a
8 m/s. Si se toma la eficiencia global de la turbina como 32
por ciento y la densidad del aire como 1.25 kg/m 3 , determine
la potencia eléctrica que genera este aerogenerador. Asimismo,
suponiendo vientos constantes de 8 m/s durante un periodo
de 24 h, determine tanto la cantidad de electricidad como el
ingreso generados por día para un precio unitario de $0.06/
kWh de electricidad.
2-73E Una bomba de agua provee 3 hp de potencia de flecha
cuando está en operación. Si la presión diferencial entre la
salida y la entrada de la bomba es de 1.2 psi cuando el flujo
es 15 pies 3 /s y los cambios de velocidad y altura son insignificantes,
determine la eficiencia mecánica de esta bomba.
2-74 Se bombea agua de un embalse inferior a otro superior
mediante una bomba que provee 20 kW de potencia de flecha.
La superficie libre del embalse superior está 45 más arriba respecto
a la del inferior. Si el caudal medido de agua es de 0.03 m 3 /s,
determine la potencia mecánica que se convierte en energía
térmica durante este proceso debido a efectos de rozamiento.
2
0.03 m 3 /s
20 kW
Bomba
45 m
FIGURA P2-74
1
z 1 = 0
2-75 El agua represada en la Presa Hoover, en Nevada,
Estados Unidos, está a 206 m de altura respecto a la superficie
del río Colorado. ¿A qué caudal de agua debe pasar por las
turbinas hidráulicas de esta presa para producir 100 MW de
potencia, si la eficiencia de las turbinas es 100 por ciento?
Recipiente de
almacenamiento
20 m
Bomba
FIGURA P2-71
FIGURA P2-75
Fotografía de Lynn Betts, USDA Natural Resources Conservation Service.