Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
Problemas para el examen de fundamentos
de ingeniería
2-130 Una calefacción eléctrica de resistencia, de 2 kW,
está en un recinto, y se enciende durante 50 min. La cantidad
de energía transferida de la calefacción al recinto es
a) 2 kJ b) 100 kJ c) 3 000 kJ d) 6 000 kJ
e) 12 000 kJ
2-131 En un cálido día de verano, un ventilador hace circular
aire dentro de un recinto bien sellado, con un ventilador de
0.50 hp impulsado por un motor de 65 por ciento de eficiencia.
(El motor entrega 0.50 hp de potencia neta en el eje, al
ventilador.) La tasa de suministro de energía por el conjunto
motor-ventilador, al recinto, es
a) 0.769 kJ/s b) 0.325 kJ/s c) 0.574 kJ/s
d) 0.373 kJ/s e) 0.242 kJ/s
2-132 Un ventilador debe acelerar 3 m 3 /s de aire, desde el
reposo hasta 12 m/s. Si la densidad del aire es 1.15 kg/m 3 , la
potencia mínima que debe suministrarse al ventilador es
a) 248 W b) 72 W c) 497 W d) 216 W
e) 162 W
2-133 Un automóvil de 900 kg que va a una velocidad constante
de 60 km/h, y debe acelerar a 100 km/h en 4 s. La potencia
adicional para tener esta aceleración es
a) 56 kW b) 222 kW c) 2.5 kW d) 62 kW
e) 90 kW
2-134 El elevador de un edificio alto debe subir una masa
neta de 400 kg a 12 m/s, velocidad constante, y usa un motor
eléctrico. La potencia mínima del motor debe ser
a) 0 kW b) 4.8 kW c) 47 kW d) 12 kW
e) 36 kW
2-135 En una planta hidroeléctrica donde pasan 70 m 3 /s de
agua, de una altura de 65 m, y se usa un turbogenerador con
85 por ciento de eficiencia. Si se desprecian las pérdidas por
fricción en tuberías, la producción de potencia eléctrica en esa
planta es
a) 3.9 MW b) 38 MW c) 45 MW d) 53 MW
e) 65 MW
2-136 En una instalación, un compresor de 75 hp trabaja a
plena carga durante 2 500 h por año, y está impulsado por un
motor eléctrico cuya eficiencia es 93 por ciento. Si el costo
unitario de la electricidad es $0.06/kWh, el costo anual de
electricidad para este compresor es
a) $7 802 b) $9 021 c) $12 100 d) $8 389
e) $10 460
2-137 Un refrigerador consume 320 W de potencia cuando
está trabajando. Si sólo trabaja la cuarta parte del tiempo, y
el costo de la electricidad es $0.09/kWh, el costo mensual (30
días) para este refrigerador es
a) $3.56 b) $5.18 c) $8.54 d) $9.28
e) $20.74
2-138 Para bombear queroseno (r 0.820 kg/L) de un recipiente
en el piso hasta un recipiente elevado, se usa una bomba
de 2 kW. Ambos recipientes están abiertos a la atmósfera, y la
diferencia de altura entre las superficies libres de los recipientes
es 30 m. La tasa máxima de flujo volumétrico del queroseno es
a) 8.3 L/s b) 7.2 L/s c) 6.8 L/s
d) 12.1 L/s e) 17.8 L/s
2-139 Una bomba de glicerina está impulsada por un motor
eléctrico de 5 kW. Si se mide la diferencia de presiones entre
la descarga y la succión de la bomba, a plena carga, resulta
ser 211 kPa. Si la tasa de flujo por la bomba es 18 L/s, y no se
toman en cuenta los cambios de elevación y de velocidad de
flujo a través de la bomba, la eficiencia total de la misma es
a) 69 por ciento b) 72 por ciento c) 76 por ciento
d) 79 por ciento e) 82 por ciento
Los siguientes problemas se basan en el tema especial
opcional de transferencia de calor
2-140 Una tarjeta de circuito tiene 10 cm de altura y 20 cm
de ancho, contiene 100 chips muy juntos; cada uno genera
calor, a una tasa de 0.08 W, y lo transfiere por convección al
aire que lo rodea, que está a 25 °C. La transferencia de calor
de la cara posterior de la tarjeta es despreciable. Si el coeficiente
de transferencia de calor por convección, en la superficie
anterior es 10 W/m 2 · °C, y es despreciable la transferencia
de calor por radiación, la temperatura superficial promedio
de los chips es
a) 26 °C b) 45 °C c) 15 °C d) 80 °C
e) 65 °C
2-141 Una resistencia eléctrica de 50 cm de longitud y 0.2
cm de diámetro, sumergida en agua, se usa para determinar
el coeficiente de transferencia de calor en agua hirviendo, a
1 atm. Se mide la temperatura superficial de la resistencia, y
resulta 130 °C cuando un wáttmetro indica que el consumo
de potencia eléctrica es 4.1 kW. Entonces, el coeficiente de
transferencia de calor es
a) 43 500 W/m 2 · °C b) 137 W/m 2 · °C
c) 68 330 W/m 2 · °C d) 10 038 W/m 2 · °C
e) 37 540 W/m 2 · °C
2-142 Una superficie negra y caliente de 3 m 2 , a 80 °C,
pierde calor al aire a 25 °C que la rodea, por convección, y el
coeficiente de transferencia de calor por convección es 12 W/
m 2 · °C; también pierde calor por radiación a las superficies
vecinas a 15 °C. La tasa total de pérdida de calor de la superficie
es
a) 1 987 W b) 2 239 W c) 2 348 W d) 3 451 W
e) 3 811 W
2-143 A través de un muro de 8 m 4 m de dimensiones y
de 0.2 m de espesor, se transfiere calor a una tasa de 2.4 kW.
Las temperaturas superficiales interna y externa del muro se
miden, y resultan 15 °C y 5 °C, respectivamente. La conductividad
térmica promedio del muro es
a) 0.002 W/m · °C b) 0.75 W/m · °C c) 1.0 W/m · °C
d) 1.5 W/m · °C e) 3.0 W/m · °C