Guía de Ejercicios Unidad 4 Ejercicios Propuestos Termodinámica

Profesor: Dra. Maria Angélica Bosse

1.- Una bomba de calor proporciona 75 (MJ/hr) a una casa. Si el compresor requiere de una energía eléctrica de 4 (kW), calcular el coeficiente de desempeño.R: 5.21

2.- Una planta de generación quema 1000 (kg) de carbón cada hora para producir 500 (kW) de potencia. Calcular la eficiencia térmica global si cada (kg) de carbón genera 6 (MJ) de energía.R: 30%

3.- Un ciclo de Carnot opera entre 200 (ºC) y 1200 (ºC). Calcular: a.- la eficiencia térmica si éste opera como un ciclo de generación de potencia. b.- su coeficiente de desempeño si éste opera como un refrigeradorc.- su coeficiente de desempeño si éste opera como una bomba de calorR: (a) 67.7% (b) 0.473 (c) 1.473

4.- Una máquina de Carnot elimina 80 (MJ) de energía cada hora por transferencia de calor hacia una fuente a 10 (ºC). Determinar la temperatura de la fuente de alta temperatura y la potencia resultante si la razón a la que se agrega energía es de 40 (kW).R: 236.4 (ºC); 17.78 (kW)

5.- Un ciclo de generación propuesto es diseñado para operar entre fuentes de temperatura, como muestra la figura. Se supone que éste produce 43 (hp) a partir de 2500 (kJ) de energía extraídos cada minuto. ¿Es esta propuesta factible?

R: No

6.- Una máquina de Carnot opera en serie entre dos fuentes, las que se mantienen a 500 (ºC) y 40 (ºC), respectivamente. La energía retirada por la primera máquina es utilizada como energía de entrada para la segunda máquina. Determinar la temperatura de las fuentes intermedias entre las dos máquinas si la eficiencia de ambas máquinas es la misma.R: 218.9 (ºC)

7.- Una máquina de Carnot opera con aire de acuerdo al ciclo mostrado en la figura. Sí 30 (kJ/kg) de calor se agregan a partir de la fuente de alta temperatura mantenida a 200 (ºC) determinar el trabajo producido.

R: 16.74 (kJ/kg)

8.- Una máquina de Carnot opera entre una baja presión de 15 (psia) y una de alta presión a 400 (psia). Los volúmenes correspondientes son de 250 y 25 (plg3). Si se trabaja con 0.01 (lb) de aire, calcular el trabajo resultante.R: 982 (pie-lbf)

9.- Una máquina de Carnot opera con gas hidrógeno con una fuente de alta temperatura mantenida a 600 (K). La razón de presiones para la compresión adiabática es de 15 a 1 y el volumen durante el proceso de calentamiento se triplica. Si la presión mínima es de 100 (kPa), determinar la eficiencia térmica y el trabajo producido.R: 54.4%; 103 (kJ)

10.- Una bomba de calor mantiene una casa a 20 (ºC) cuando el aire del exterior se encuentra a -25 (ºC). Si se determinan que se requieren 1800 (kJ) cada minuto para cumplir con el proceso. Calcular la potencia mínima requerida (en hp).R: 6.18 (hp)

11.- Una bomba de calor utiliza un compresor de 5 (hp) mientras extrae 500 (Btu/min) de energía desde el ambiente. ¿Cuál es el coeficiente de desempeño sí: a.- el propósito es enfriar el ambiente? b.- el propósito es calentar el edificio?R: (a) 2.36 (b)3.36

12.- Se propone un refrigerador que requiere de 10 (hp) para extraer 3 (MJ/min) de energía desde un espacio mantenido a -18 (ºC). El aire exterior se encuentra a 20 (ºC). ¿Es esto posible?.R: Si

13.- Una unidad de refrigeración es utilizada para enfriar un espacio hasta 5 (ºC) mediante transferencia de calor hacia los alrededores, los cuales se encuentran a 25 (ºC). La misma unidad es utilizada para enfriar un espacio hasta -20 (ºC). Estimar la razón de enfriamiento para la segunda condición si la razón de enfriamiento para la primera es de 5 (Ton).R: 8 (kW)