Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
6-112 Deduzca una expresión para el COP de un refrigerador
completamente reversible en términos de las temperaturas
de los depósitos de energía térmica, T L y T H .
Tema de interés especial: refrigeradores domésticos
6-113C Explique cómo puede usted reducir el consumo de
energía del refrigerador de su casa.
6-114C ¿Por qué es importante limpiar los serpentines de
enfriamiento de un refrigerador doméstico unas veces al año?
También, ¿por qué es importante no bloquear el flujo de aire
alrededor de los serpentines del condensador?
6-115C ¿Por qué los refrigeradores actuales son mucho más
eficientes que los que se construían en el pasado?
6-116C Alguien propone que el sistema de refrigeración de
un supermercado se sobrediseñe, de modo que todas las necesidades
de acondicionamiento de aire de la tienda se puedan
satisfacer por aire refrigerado sin instalar un sistema de acondicionamiento
de aire. ¿Qué piensa usted de esta propuesta?
6-117C Alguien propone que todas las necesidades de refrigeración
y congelación de una tienda se satisfagan usando un
gran congelador que suministre suficiente aire frío a 20 °C
en vez de instalar refrigeradores y congeladores separados.
¿Qué piensa usted de esta propuesta?
6-118 La etiqueta de “Guía energética” de un refrigerador
dice que el refrigerador consumirá electricidad con un costo
de $74 por año con uso normal si el costo de electricidad
es de $0.07/kWh. Si la electricidad que consume el foco de
iluminación es despreciable y el refrigerador consume 300 W
cuando trabaja, determine la fracción del tiempo durante la
cual trabajará el refrigerador.
6-119 La iluminación interior de los refrigeradores normalmente
se hace mediante lámparas incandescentes cuyos interruptores
se actúan al abrir la puerta del refrigerador. Considere
un refrigerador cuyo foco de 40 W permanece encendido
aproximadamente 60 h por año. Se propone reemplazar el foco
por otro más eficiente que consume sólo 18 W pero tiene un
precio de adquisición e instalación de $25. Si el refrigerador
tiene un coeficiente de desempeño de 1.3 y el costo de la electricidad
es de 8 centavos de dólar por kWh, determine si los
ahorros de energía por foco propuesto justifican su costo.
6-120 Comúnmente se recomienda dejar enfriar a temperatura
ambiente los alimentos calientes antes de introducirlos al refrigerador,
para ahorrar energía. A pesar de esta recomendación
de sentido común, una persona sigue cocinando dos veces a la
semana una gran cacerola de estofado y metiendo la cacerola al
refrigerador cuando aún está caliente, pensando que el dinero
ahorrado probablemente es muy poco. Pero dice que se puede
convencer si usted le demuestra que el ahorro es significativo.
La masa promedio de la cacerola y su contenido es de 5 kg. La
temperatura promedio de la cocina es 23 °C, y la temperatura
promedio del alimento es 95 °C cuando se quita de la estufa.
El espacio refrigerado se mantiene a 3 °C, y el calor específico
promedio del alimento y la cacerola se puede tomar como
3.9 kJ/kg · °C. Si el refrigerador tiene un coeficiente de desempeño
de 1.5 y el costo de la electricidad es 10 centavos
de dólar por kWh, determine cuánto ahorrará esta persona
por año esperando que el alimento se enfríe a la temperatura
ambiente antes de ponerlo en el refrigerador.
20 °C
Alimento
caliente
95 °C
3 °C
FIGURA P6-120
6-121 Con frecuencia se dice que la puerta del refrigerador se
debe abrir tan pocas veces como sea posible, durante el tiempo
más corto posible, para ahorrar energía. Considere un refrigerador
doméstico cuyo volumen interior es 0.9 m 3 , y la temperatura
interior promedio es 4 °C. En cualquier tiempo dado, un
tercio del espacio refrigerado está ocupado por alimentos, y el
espacio restante de 0.6 m 3 está lleno de aire. La temperatura
promedio y la presión promedio en la cocina son 20 °C y 95
kPa, respectivamente. Los contenidos de humedad en la cocina
y el refrigerador son 0.010 y 0.004 kg/kg de aire, respectivamente,
y por lo tanto 0.006 kg de vapor de agua se condensan
y se retiran del aire por cada kilogramo de aire que entra.
La puerta del refrigerador se abre un promedio de 8 veces al
día, y cada vez se reemplaza la mitad del volumen de aire en el
refrigerador por el aire más tibio de la cocina. Si el refrigerador
tiene un coeficiente de desempeño de 1.4 y el costo de la electricidad
es de $7.5 centavos por kWh, determine el costo de la
energía que se desperdicia por año como resultado de abrir
la puerta del refrigerador. ¿Cuál sería la respuesta de usted si el
aire de la cocina fuera muy seco y se condensara una cantidad
despreciable de vapor de agua en el refrigerador?
Problemas de repaso
6-122 Una máquina térmica opera con una fuente a 1 280 K
y un disipador a 290 K. ¿Cuál es el trabajo máximo por unidad
de calor que puede la máquina extraer de la fuente
6-123 Una máquina térmica recibe calor de una fuente de
calor a 1 200 °C, y rechaza calor a un disipador de calor a 50 °C.
La máquina térmica realiza trabajo máximo igual a 500 kJ.
Determine el calor suministrado a la máquina térmica por la
fuente de calor, y el calor rechazado al disipador.
6-124E Una bomba de calor crea un efecto de calefacción
de 32 000 Btu/h para un espacio que se mantiene a 530 R, uti-