PROBLEMAS PROPUESTOS – MAQUINAS TERMICAS – SEGUNDA LEY

1 Describe un proceso imaginario que satisface la primera ley, pero viola la segunda ley de la termodinámica.

Transferir 5 kWh de calor a un alambre de resistencia eléctrica y la producción de 5 kWh de electricidad.

2 Describe un proceso imaginario que satisface la segunda ley, pero viola la primera ley de la termodinámica.

Un calentador de resistencia eléctrica que consume 5 kWh de electricidad y suministros de 6 kWh de calor a un cuarto.

3 Describir un proceso imaginario que viola tanto la primera y la segunda ley de la termodinámica.

Transferir 5 kWh de calor a un alambre de resistencia eléctrica y la producción de 6 kWh de electricidad.

4 Considere el proceso de horneado de papas en un horno convencional. ¿Puede el aire caliente en el horno tratarse como un depósito térmico de energía? Explique.

Sí. Debido a que la temperatura del horno se mantiene constante sin importar la cantidad de calor se transfiere a las patatas.

5 ¿Cuáles son las características de todas las máquinas térmicas?

Los motores térmicos son dispositivos cíclicos que reciben calor de una fuente, convertir parte de ella al trabajo, y rechazar el resto a un sumidero

6 En ausencia total de fricción y de otras irreversibilidades, ¿puede una máquina térmica tener una eficiencia de 100 por ciento? Explique..

No. Tal motor viola el enunciado de Kelvin-Planck del segundo principio de la termodinámica.

7 Una planta termoeléctrica de 600 MW, que usa, para el proceso de enfriamiento, el agua de un río cercano, tiene una eficiencia térmica de 40 por ciento. Determine la tasa de transferencia térmica al agua del río. ¿La tasa real de transferencia será mayor o menor que este valor? ¿Por qué?

8 Un motor de un coche con una potencia

de 110 hp tiene una eficiencia térmica del 28 por ciento. Determinar la tasa de consumo de combustible, si el valor de calentamiento del combustible es 19.000 Btu / lbm

9 Una planta termoeléctrica con una generación de potencia de 150 MW consume carbón a razón de 60 toneladas/h. Si el poder calorífico del carbón es 30,000 kJ/kg, determine la eficiencia total de esta planta.

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Un motor de automóvil consume de combustible a una velocidad de 28 L / h, y ofrece 60 kW de potencia a las ruedas. Si el combustible tiene un valor calorífico de 44.000 kJ / kg y una densidad de 0,8 g/cm3, determinar la eficiencia de este motor

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La energía solar almacenada en grandes cuerpos de agua, que se llaman estanques solares, se utiliza para generar electricidad. Si una planta de energía solar tiene una eficiencia de 4 por ciento y una generación neta de 350 kW, determine el valor promedio de la tasa necesaria de recolección de energía solar, en Btu/h.

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En 2001, Estados Unidos produjo 51 por ciento de su electricidad 1.878 * 1012 kWh en plantas con quemadores de carbón. Tomando la eficiencia térmica promedio como 34 por ciento, determine la cantidad de energía térmica rechazada por las plantas eléctricas de carbón en Estados Unidos ese año.

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¿Cuál es la diferencia entre un refrigerador y una bomba de calor?

La diferencia entre los dos dispositivos es una de propósito. El propósito de un refrigerador es para eliminar el calor de un medio frío mientras que el propósito de una bomba de calor es suministrar calor a un medio caliente.

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¿Cuál es la diferencia entre un refrigerador y un acondicionador de aire?

La diferencia entre los dos dispositivos es una de propósito. El propósito de un refrigerador es para eliminar calor de un espacio refrigerado mientras que el propósito de un acondicionador de aire es eliminar el calor de un espacio de vida.

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Una bomba de calor que se usa para calentar una casa tiene un COP (coeficiente de desempeño) de 2.5. Es decir, la bomba de calor entrega 2.5 kWh de energía a la casa por cada kWh de electricidad que consume. ¿Es ésta una violación de la primera ley de la termodinámica? Explique.

No. La bomba de calor capta la energía a partir de un medio frío y la lleva a un medio caliente. No lo crea.

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Un refrigerador tiene un COP de 1.5. Es decir, el refrigerador remueve 1.5 kWh de energía del espacio refrigerado por cada kWh de electricidad que consume. ¿Es ésta una violación de la primera ley de la termodinámica? Explique

No. El refrigerador capta la energía a partir de un medio frío y la lleva a un medio caliente. No lo crea.

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Un acondicionador de aire elimina el calor de forma constante desde una casa a una tasa de 750 kJ / min mientras que el dibujo de energía eléctrica a una tasa de 6 kW. Determine (a) COPR de este acondicionador de aire y (b) la tasa de transferencia de calor al aire exterior.

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Un refrigerador en una casa funciona 4 horas en promedio y elimina el calor del compartimento de alimentos a un promedio de 800 kJ / h. Si COPR de la es de 2,2, determinar el poder de refrigeración cuando este equipo está en funcionamiento

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Determine la COP de un refrigerador que elimina el calor desde el compartimento de alimentos a una velocidad de 5040 kJ / h para cada kW de potencia que consume. Además, determinar la tasa de calor rechazo al aire exterior.

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Considere la posibilidad de una oficina que se está enfriando adecuadamente por aire acondicionado de 12.000 BTU / h. Ahora bien, se ha decidido convertir este sitio en centro de cómputo por lo que se instalaran varios ordenadores, terminales e impresoras con un total de la potencia nominal de 3,5 kW. La instalación cuenta con varios sistemas de aire acondicionado de 4000 Btu / h en el almacén, los que se pueden instalar para satisfacer las necesidades de refrigeración adicionales. Suponiendo un uso factor de de 0,4 (es decir, sólo el 40 por ciento de la potencia nominal será consumido en un momento dado) y la ocupación adicional de cuatro personas, cada una genera calor a una velocidad de 100 W, determine cuántos de estos aparatos de aire acondicionado necesita ser instalado a la habitación.

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Considere la posibilidad de un edificio cuya tasa anual de aire acondicionado se estima en 120.000 kWh en un área donde el costo unitario de la electricidad es de $ 0.10/kWh. Dos acondicionadores de aire son considerados para el edificio. Acondicionador de aire A tiene una COP promedio de 3.2 y cuesta $ 5.500 para comprar e instalar. Acondicionador de aire B tiene un COP promedio de 5.0 y cuesta 7.000 dólares para comprar e instalar. En igualdad de condiciones, determinar qué aparato de aire acondicionado es una mejor compra.

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En el condensador de una bomba de calor residencial entra refrigerante 134a a 800 kPa y 35 °C, a razón de 0.018 kg/s, y sale como líquido saturado a 800 kPa. Si el compresor consume 1.2 kW de potencia, determine a) el COP de la bomba de calor y b) la tasa de absorción de calor del aire exterior