Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 6
lizando 1.8 kW de potencia eléctrica. ¿Cuál es la temperatura
mínima de la fuente que satisfaga la segunda ley de la termodinámica?
Respuesta: 428 R.
6-125 Se usa una bomba de calor con un COP de 2.4 para
calentar una casa. Al operar, la bomba de calor consume 8
kW de potencia eléctrica. Si la casa pierde calor al exterior a
una tasa promedio de 40 000 kJ/h y la temperatura de la casa
es de 3 °C cuando se inicia la operación de la bomba de calor,
determine cuánto tiempo transcurrirá hasta que la temperatura
de la casa se eleve a 22 °C. Suponga que la casa está bien
sellada (es decir, no tiene fugas de aire), y considere la masa
total dentro de la casa (aire, muebles, etc.) como equivalente
a 2 000 kg de aire.
6-126E Un sistema de refrigeración utiliza un condensador
enfriado con agua para rechazar el calor de desecho. El sistema
absorbe calor de un espacio que está a 25 °F, a razón
de 24 000 Btu/h. El agua entra al condensador a 58 °F a
razón de 1.45 lbm/s. El COP del sistema se estima como
1.77. Determine a) la entrada de potencia al sistema, en kW,
b) la temperatura del agua a la salida del condensador, en °F
y c) el COP máximo posible del sistema. El calor específico
del agua es 1.0 Btu/lbm · °F.
6-127 Considere un ciclo de máquina térmica de Carnot que
se ejecuta en un sistema cerrado usando 0.01 kg de refrigerante
134a como fluido de trabajo. El ciclo tiene una eficiencia térmica
de 15 por ciento, y el refrigerante 134a cambia de líquido
saturado a vapor saturado a 50 °C durante el proceso de adición
de calor. Determine la producción neta de trabajo de esta
máquina por ciclo.
6-128 Una bomba de calor con un COP de 2.8 se usa para
calentar una casa hermética al aire. Cuando trabaja, la bomba
de calor consume 5 kW de potencia. Si la temperatura de la
casa es de 7 °C cuando se enciende la bomba de calor, ¿cuánto
tarda ésta en elevar la temperatura de la casa a 22 °C? ¿Es esta
respuesta realista u optimista? Explique. Suponga que toda la
masa dentro de la casa (aire, muebles, etc.) es equivalente a
1.500 kg de aire. Respuesta: 19.2 min
6-129 Un método prometedor de generación de potencia se
basa en la captación y almacenamiento de energía solar en grandes
lagos artificiales de unos pocos metros de profundidad, que
se llaman estanques solares. La energía solar se absorbe por
todas partes del estanque, y la temperatura del agua se eleva
por todas partes. La parte superior del estanque, sin embargo,
pierde hacia la atmósfera mucho del calor que absorbe y, como
resultado, su temperatura cae. Esta agua fría sirve como aislamiento
para el agua caliente en la parte inferior del estanque y
ayuda a atrapar la energía en dicha parte inferior. Usualmente
se coloca sal en el fondo del estanque para evitar que esta agua
caliente suba a la superficie. Una planta de generación eléctrica
que usa como fluido de trabajo un fluido orgánico, como
alcohol, se puede operar entre la parte superior y la inferior del
estanque. Si la temperatura del agua es de 35 °C cerca de la
superficie y de 80 °C cerca del fondo del estanque, determine
la eficiencia térmica máxima que puede tener esta planta de
generación. ¿Es realista usar 35 y 80 °C para las temperaturas
en el cálculo? Explique.
Respuesta: 12.7 por ciento
Estanque solar
Turbina
Condensador
Caldera
Bomba
FIGURA P6-129
35 °C
80 °C
6-130 Considere un ciclo de máquina térmica de Carnot que
se ejecuta en un sistema cerrado usando 0.025 kg de agua como
fluido de trabajo. Se sabe que la temperatura absoluta máxima
en el ciclo es dos veces la mínima temperatura absoluta, y la
producción neta de trabajo del ciclo es 60 kJ. Si el agua cambia
de vapor saturado a líquido saturado durante el rechazo
de calor, determine la temperatura del agua durante el proceso
de rechazo de calor.
6-131 Reconsidere el problema 6-130. Usando el software
EES (o bien otro software), investigue el
efecto de la producción de trabajo en la temperatura necesaria
del agua durante el proceso de rechazo de calor. Suponga que
la producción de trabajo varía entre 40 y 60 kJ.
6-132 Considere un ciclo de refrigeración de Carnot que
se ejecuta en un sistema cerrado en la región de saturación
usando 0.96 kg de refrigerante 134a como fluido de trabajo.
Se sabe que la temperatura absoluta máxima en el ciclo es 1.2
veces la temperatura absoluta mínima, y la entrada neta de
trabajo al ciclo es 22 kJ. Si el refrigerante cambia de vapor
saturado a líquido saturado durante el proceso de rechazo de
calor, determine la presión mínima en el ciclo.
6-133 Reconsidere el problema 6-132. Utilizando el
software EES (u otro), investigue el efecto de
la entrada de trabajo neto en la presión mínima. Suponga
que la entrada de trabajo varía de 10 a 30 kJ. Grafique la
presión mínima en el ciclo de refrigeración como función de
la entrada neta de trabajo, y explique los resultados.
6-134 Considere dos máquinas térmicas de Carnot operando
en serie. La primera máquina recibe calor del depósito a 1.800
K y rechaza el calor de desecho a otro depósito a la temperatura
T. La segunda máquina recibe esta energía rechazada por
la primera, convierte algo de ella a trabajo y rechaza el resto
a un depósito a 300 K. Si las eficiencias térmicas de ambas
máquinas son iguales, determine la temperatura T.
Respuesta: 735 K
6-135E Calcule y grafique la eficiencia térmica de una
máquina térmica completamente reversible como función de
la temperatura de la fuente hasta 2.000 R, con la temperatura
del sumidero fijada a 500 R.
6-136 Una máquina térmica de Carnot recibe calor a 900 K y
rechaza el calor de desecho al ambiente a 300 K. La potencia