Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

327
CAPÍTULO 6
fuente de agua de tipo burbujeo. La fuente de agua refrigerada
debe enfriar el agua de 22 a 8 °C y suministrar agua fría a
razón de 0.4 L por hora por persona. El calor se transfiere al
depósito del entorno a 25 °C a razón de 45 W. Si el COP del
sistema de refrigeración es 2.9, determine el tamaño del compresor,
en W, que será adecuado para el sistema de refrigeración
de este enfriador de agua.
6-146E La etiqueta de “Guía energética” en una lavadora
indica que la lavadora usará agua caliente por un valor de $33
por año si se calienta el agua mediante un calentador que quema
el gas natural, a una tarifa de gas natural de $1.21/termia. Si el
agua se calienta de 60 a 130 °F, determine cuántos galones de
agua caliente usa una familia promedio por semana. Desprecie
la electricidad que consume la lavadora y tome la eficiencia del
calentador de agua como 58 por ciento.
6-147 Un calentador eléctrico de agua típico tiene una
eficiencia de 95 por ciento y su operación cuesta
$250 por año, a un costo unitario de electricidad de $0.08/kWh.
Un típico calentador de agua impulsado por bomba de calor
tiene un COP de 3.3, pero su instalación cuesta alrededor de
$800 más. Determine en cuántos años pagará el calentador de
agua impulsado por bomba de calor su instalación por la energía
que ahorra.
de calor con un COP de 3.5 que extrae calor del suelo.
Los costos unitarios de la electricidad y el gas natural son
$0.092/kWh y $1.42/termia, respectivamente (1 termia
105,500 kJ). Determine cuál sistema tendrá un costo menor
de consumo de energía.
6-150 Los ventiladores de la cocina, del baño y otros en una
casa se deben usar moderadamente, ya que estos ventiladores
pueden descargar, en sólo una hora, el aire enfriado o calentado
de la casa equivalente al volumen de esta casa. Considere
una casa de 200 m 2 cuya altura de techo es de 2.8 m. La casa
está calentada por un calefactor de gas de 96 por ciento de
eficiencia, y se mantiene a 22 °C y 92 kPa. Si el costo unitario
del gas natural es $1.20/termia (1 termia 105,500 kJ),
determine el costo de energía “tirada por los ventiladores” en
1 h. Suponga que la temperatura exterior promedio durante la
estación de calefacción es 5 °C.
6-151 Repita el problema 6-150 para el costo de acondicionamiento
de aire en clima seco para una temperatura exterior
de 28 °C. Suponga que el COP del sistema de acondicionamiento
de aire es 2.3, y el costo unitario de electricidad es de
$0.10/kWh.
6-152 Una bomba de calor con refrigerante 134a como fluido
de trabajo se usa para mantener un espacio a 25 °C absorbiendo
calor de agua geotérmica que entra al evaporador a 60 °C a
razón de 0.065 kg/s y sale a 40 °C. El refrigerante entra al
evaporador a 12 °C con una calidad de 15 por ciento y sale a
la misma presión como vapor saturado. Si el compresor consume
1.6 kW de potencia, determine a) el flujo másico del
refrigerante, b) la tasa de suministro de calor, c) el COP y
d) el consumo mínimo de potencia por el compresor para la
misma tasa de suministro de calor.
Respuestas: a) 0.0338 kg/s, b) 7.04 kW, c) 4.40, d) 0.740 kW
Válvula de
expansión
Condensador
Evaporador
Compresor
·
W entrada
Calentador
de agua
© The McGraw-Hill Companies, Inc.,
fotógrafo Jill Braaten
FIGURA P6-147
6-148 Reconsidere el problema 6-147. Usando software
EES (u otro), investigue el efecto del COP
de la bomba de calor en los costos anuales de operación y en
el número de años necesarios para salir a mano. Suponga que
el COP varía entre 2 y 5. Grafique el periodo de recuperación
contra el COP y explique los resultados.
6-149 Un propietario de casa trata de decidir entre un horno
de gas natural de alta eficiencia de 97 por ciento y una bomba
12 °C
x = 0.15
Agua geotérmica
60 °C
40 °C
FIGURA P6-152
Vapor sat.
6-153 Agua fría a 10 °C entra a un calentador de agua a
razón de 0.02 m 3 /min, y sale del calentador a 50 °C. El calentador
recibe calor de una bomba de calor que extrae calor de
una fuente de calor a 0 °C.
a) Suponiendo que el agua es un líquido incompresible
que no cambia de fase durante la adición de calor, determine
la tasa de suministro de calor al agua, en kJ/s.