Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
5-174E La presión atmosférica promedio en Spokane, Washington
(elevación 2 350 pies) es 13.5 psia, y la temperatura
promedio en invierno es 36.5 °F. La prueba de presurización
de una casa vieja de 9 pies de altura y 4.500 pies 2
de área de piso reveló que la tasa de infiltración promedio
estacional de la casa es 2.2 cambios de aire por hora (ACH,
por sus siglas en inglés), es decir, todo el aire de la casa se
reemplaza por completo 2.2 veces por hora por aire exterior.
Se sugiere que la tasa de infiltración de la casa se puede reducir
a la mitad, a 1.1 ACH, modificando las puertas y las ventanas.
Si la casa se calienta por gas natural con costo unitario
de $1.24/termia y la estación de calefacción se toma como
seis meses, determine cuánto ahorrará el propietario de la casa
en costos de calefacción por año mediante este proyecto de
modificación de las puertas y las ventanas. Suponga que la
casa se mantiene a 72 °F en todo tiempo y que la eficiencia
del calentador de gas natural es 0.92. También suponga que
la carga de calor latente durante la estación de calefacción es
despreciable.
5-175 Determine la razón de pérdida de calor sensible de un
edificio debido a infiltración si el aire exterior a 5 °C y 90
kPa entra al edificio a razón de 35 L/s cuando el interior se
mantiene a 20 °C.
5-176 En un salón de clase grande, en un cálido día de
verano, hay 150 alumnos, y cada uno disipa 60 W de calor
sensible. Todas las luces se mantienen encendidas, con su
potencia nominal total de 6.0 kW. El salón no tiene paredes
externas, por lo que la ganancia de calor a través de sus paredes
y techo es despreciable. Se dispone de aire enfriado a 15 °C,
y la temperatura del aire extraído no debe ser mayor de 25 °C.
Determine la tasa de flujo de aire, en kg/s, que debe suministrarse
al salón, para mantener constante su temperatura promedio.
Respuesta: 1.49 kg/s
5-177 Un ventilador está accionado por un motor de 0.5 hp y
entrega aire a razón de 85 m 3 /min. Determine el valor máximo
para la velocidad promedio del aire que mueve el ventilador.
Tome la densidad del aire como 1.18 kg/m 3 .
5-178 Un sistema de acondicionamiento de aire necesita un
flujo de aire en el conducto de suministro principal a razón de
130 m 3 /min. La velocidad promedio del aire en el conducto
circular no debe exceder 8 m/s para evitar vibración excesiva
y caídas de presión. Suponiendo que el ventilador convierte
80 por ciento de la energía eléctrica que consume en energía
cinética del aire, determine el tamaño del motor eléctrico que
se necesita para impulsarse el ventilador y el diámetro del conducto
principal. Tome la densidad del aire como 1.20 kg/m 3 .
5-179 Un compresor adiabático de aire se va a accionar por
una turbina adiabática de vapor directamente acoplada con el
compresor y que también está accionando un generador. El
vapor entra a la turbina a 12.5 MPa y 500 °C a razón de 25
kg/s, y sale a 10 kPa y una calidad de 0.92. El aire entra al compresor
a 98 kPa y 295 K a razón de 10 kg/s, y sale a 1 MPa y
620 K. Determine la potencia neta suministrada al generador
por la turbina.
1 MPa
620 K
Compresor
de aire
98 kPa
295 K
FIGURA P5-179
12.5 MPa
500 °C
Turbina
de vapor
10 kPa
5-180 Determine la potencia consumida por un compresor
que comprime helio de 150 kPa y 20 °C a 400 kPa y 200 °C.
El helio entra a este compresor por un tubo de 0.1 m 2 de sección
transversal a una velocidad de 15 m/s.
5-181 Entra refrigerante R-134a a un compresor, con un
flujo másico de 5 kg/s y velocidad despreciable. El refrigerante
entra al compresor como vapor saturado a 10 °C y sale
del compresor a 1 400 kPa con una entalpía de 281.39 kJ/kg
y una velocidad de 50 m/s. La tasa de trabajo realizada sobre
el refrigerante se mide como 132.4 kW. Si la diferencia de
elevación entre la entrada y la salida es despreciable, determine
la tasa de transferencia térmica correspondiente a este
proceso, en kW.
1 400 kPa
50 m/s
R-134a
5 kg/s
10 °C
Vapor sat.
FIGURA P5-181
FIGURA P5-178
130 m 3 /min
8 m/s
5-182 Los submarinos cambian su profundidad agregando o
quitando aire de sus tanques de lastre rígidos para desplazar
o admitir agua de mar en dichos tanques. Considere un submarino
que tiene un tanque de lastre de 700 m 3 , que contiene
originalmente 100 m 3 de aire a 1 500 kPa y 15 °C. Para que
el submarino emerja, se bombea aire a 1 500 kPa y 20 °C al
tanque de lastre, hasta que esté totalmente lleno de aire. El
tanque se llena con tanta rapidez que el proceso es adiabático,
y el agua marina sale del tanque a 15 °C. Determine la temperatura
final y la masa del aire en el tanque de lastre.