Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
6-90C En un esfuerzo para conservar la energía en un ciclo
de máquina térmica, alguien sugiere incorporar un refrigerador
que absorba algo de la energía de desecho Q L y la transfiera a
la fuente de energía de la máquina térmica. ¿Es ésta una idea
inteligente? Explique.
6-91C Está bien establecido que la eficiencia térmica de una
máquina térmica aumenta al disminuir la temperatura T L a la
que se rechaza el calor de la máquina térmica. En un esfuerzo
por aumentar la eficiencia de una planta eléctrica, alguien
sugiere refrigerar el agua de enfriamiento antes de que entre
al condensador, donde tiene lugar el rechazo de calor. ¿Estaría
usted a favor de esta idea? ¿Por qué?
6-92C Se sabe bien que la eficiencia térmica de las máquinas
térmicas aumenta al incrementar la temperatura de la fuente
de energía. En un intento de aumentar la eficiencia de una
planta eléctrica, alguien sugiere transferir energía, mediante
una bomba de calor, de la fuente disponible de energía a un
medio a temperatura más alta, antes de suministrar la energía
a la planta eléctrica. ¿Qué piensa usted de esta sugerencia?
Explique.
6-93 Determine el trabajo mínimo, por unidad de transferencia
de calor desde la fuente de calor, que se necesita para
accionar una bomba de calor que opera con los depósitos de
energía térmica a 273 K y 303 K.
6-94 Un inventor afirma haber desarrollado una bomba
térmica que produce un efecto de calentamiento de 200 kW
para una zona calentada a 293 K usando solamente 75 kW de
potencia y una fuente de calor a 273 K. Justifique la validez
de esta afirmación.
6-95 Una bomba térmica opera en un ciclo de bomba térmica
de Carnot con un COP de 8.7. Conserva un espacio a
26 °C consumiendo 4.25 kW de potencia. Determine la temperatura
del depósito del cual se absorbe el calor y la carga de
calentamiento que suministra la bomba térmica.
Respuestas: 265 K, 37.0 kW
6-96 Un refrigerador debe quitar calor del espacio enfriado
a razón de 300 kJ/min para mantener su temperatura a 8 °C.
Si el aire que rodea al refrigerador está a 25 °C, determine la
entrada mínima de potencia que se necesita para este refrigerador.
Respuesta: 0.623 kW
Refrigerador
–8 °C
300
kJ/min
·
W entrada,mín
FIGURA P6-96
25 °C
6-97 Un inventor dice haber desarrollado un sistema de
refrigeración que quita el calor de una región cerrada a 12
°C y lo transfiere al aire circundante a 25 °C manteniendo un
COP de 6.5. ¿Es esta afirmación razonable? ¿Por qué?
6-98E Un sistema de acondicionamiento de aire se usa para
mantener una casa a 70 °F cuando la temperatura exterior es
de 100 °F. La casa gana calor a través de las paredes y las
ventanas a razón de 800 Btu/min, y la tasa de generación de
calor dentro de la casa por las personas, las luces y los aparatos
domésticos es de 100 Btu/min. Determine la mínima
entrada de potencia que se necesita para este sistema de acondicionamiento
de aire. Respuesta: 1.20 hp
6-99 Una bomba de calor se usa para mantener una casa a
22 °C extrayendo calor del aire exterior un día en el que la
temperatura del aire exterior es de 2 °C. Se estima que la casa
pierde calor a razón de 110,000 kJ/h, y la bomba de calor consume
5 kW de potencia eléctrica para operar. ¿Esta bomba es
suficientemente potente para hacer este trabajo?
BC
22 °C
Exterior
2 °C
FIGURA P6-99
110 000 kJ/h
5 kW
6-100E Un refrigerador completamente reversible opera entre
depósitos de energía a 450 R y 540 R. ¿Cuántos kilowatts de
potencia se necesitan para que este dispositivo produzca un
efecto de enfriamiento de 15,000 Btu/h?
6-101 Un refrigerador que opera en ciclo de Carnot invertido
tiene una entrada medida de trabajo de 200 kW y un rechazo
de calor de 2 000 kW a un depósito térmico a 27 °C. Determine
la carga de enfriamiento suministrada al refrigerador, en
kW, y la temperatura de la fuente de calor, en °C.
Respuestas: 1 800 kW, –3 °C.
6-102 Se usa, operando a plena carga, un acondicionador de
aire Split de 18 000 Btu/h, para mantener una habitación a 22
°C en un entorno de 33 °C. El suministro de potencia al compresor
es 3.4 kW. Determine a) la tasa de calor rechazado en el
condensador, en kJ/h, b) el COP del acondicionador, y c) la tasa
de enfriamiento, en Btu/h, si el acondicionador operase como
refrigerador Carnot para el mismo suministro de potencia.
6-103 Un refrigerador Carnot absorbe calor de un espacio
a 15 °C a razón de 16 000 kJ/h, y rechaza calor a un depósito
a 36 °C. Determine el COP del refrigerador, la entrada
de potencia en kW y la tasa de calor rechazado al depósito de
alta temperatura, en kJ/h.