Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
b) Suponiendo que el calentador de agua actúa como
sumidero térmico con una temperatura promedio de 30 °C,
determine la potencia mínima suministrada a la bomba de
calor, en kW.
Entrada
de agua
Calentador
de
agua
Salida
de agua
BC
Q· H
Q·
L
·
W entrada
FIGURA P6-153
Entorno
0 °C
6-154 Una bomba de calor recibe calor de un lago que tiene
una temperatura promedio de invierno de 6 °C y suministra
calor a una casa que tiene una temperatura promedio de 27 °C.
a) Si la casa pierde calor a la atmósfera a razón de
64,000 kJ/h, determine la potencia mínima suministrada a la
bomba de calor, en kW.
b) Se usa un intercambiador de calor para transferir la
energía del agua del lago al fluido de trabajo de la bomba de
calor. Si la temperatura del agua del lago disminuye en 5 °C al
fluir a través de los ductos del intercambiador de calor, determine
el flujo másico mínimo de agua del lago, en kg/s. Desprecie
el efecto del bombeo de agua del lago.
Casa
·
Q perdido
·
Intercambiador
de calor del agua
del lago al fluido
de trabajo de la
bomba de calor
·
Entrada de agua
del lago
Bomba de agua
del lago
Lago 6 °C
Q H Q L
BC
·
W entrada
Salida
de agua
del lago
FIGURA P6-154
6-155 Pruebe que el COP de un refrigerador no puede exceder
el de un refrigerador completamente reversible que comparte
los mismos depósitos de energía térmica.
6-156 Pruebe que el COP de todos los refrigeradores completamente
reversibles debe ser el mismo cuando las temperaturas
de los depósitos son las mismas.
6-157 Deduzca una expresión para el COP de una bomba de
calor completamente reversible en términos de las temperaturas
de los depósitos de energía térmica T L y T H .
6-158 Una máquina térmica Carnot opera entre una fuente a
T H y un sumidero a T L . Si se desea duplicar la eficiencia térmica
de esta máquina, ¿cuál debe ser la nueva temperatura de
la fuente? Suponga que la temperatura del sumidero se mantiene
constante.
6-159 Al explicar máquinas de Carnot, se supone que la
máquina está en equilibrio térmico con la fuente y el sumidero
durante los procesos de adición y rechazo de calor, respectivamente.
Es decir, se supone que T H T H y T L T L
*
*
, de modo
que no hay irreversibilidad externa. En ese caso, la eficiencia
térmica de la máquina de Carnot es h C 1 T L /T H .
En realidad, sin embargo, se debe mantener una diferencia
razonable de temperaturas entre los dos medios involucrados
en transferencia de calor con objeto de tener una tasa aceptable
de transferencia de calor a través de un área finita de
superficie de intercambiador de calor. Las tasas de transferencia
de calor en este caso se pueden expresar como
donde h y A son el coeficiente de transferencia de calor y el
área de superficie de transferencia de calor, respectivamente.
Cuando se fijan los valores de h, A, T H y T L , demuestre que la
producción de potencia será máxima cuando
También demuestre que la producción neta de potencia
máxima en este caso es
W C,máx
Q H hA H T H T H *
Q L hA L T * L T L
*
T L
*
T H
T 12
L
T H
hA H T H
1 T 12 2
L
1 hA H hA L T H
Fuente de calor
T H
·
Q H
T*
H
Máquina
térmica
T*
L
·
Q L
T L
Sumidero térmico
FIGURA P6-159