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6.3. Un ciclo de potencia auxiliar de turbina de gas desarrolla una potencia de 4.400kW y tiene un rendimiento térmico de 22 por 100. Determínese (a) la velocidad de consumo de combustible en 1/min, si la energía cedida por el combustible es 43.500 kJ/kg y su densidad 0.82 g/com 3, y (b) el coste en dólares de 8 horas de funcionamiento si el coste del combustible líquido es 0.3 dólares por litro.

6.31 Dos motores térmicos internamente reversibles están dispuestos en serie. El primer motor térmico A recibe calor a 927 °C y cede calor a una temperatura T. ElUNIVERSIDAD segundo motor térmico DE Recibe calor VJ a la temperatura T a la que lo ha cedido el NACIONAL TRUJILLO primer motor y, a su vez, cede calor a 27 °C. Calcúlese la temperatura Ten grados Celsius para una situación en la que (a) de los dos motores se obtiene el mismo trabajo, y (b) los rendimientos térmicos de ambos motores son iguales.

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6.40. Una maquina frigorífica congela 0.80 kg de agua líquida a 0 °C. La potencia suministrada es 400 W, y la temperatura a la que el fluido de trabajo cede el calor es 24 °C. Si la maquina frigorífica real tiene un COP que es la cuarta parte del correspondiente a una maquina frigorífica reversible, determínese el UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO VJ tiempo requerido, en minutos. La entalpia de solidificación del agua vale 333.4 kJ/kg.

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6.50. Una bomba de calor internamente reversible que recibe calor de la atmosfera a -10 °C debe suministrar calor a 22 °C a un edificio. El flujo de pérdidas de calor a través de las paredes del edificio se estima en 0.64 kW por cada kelvin de diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior del edificio. Obténgase (a) la potencia requerida, en kW, para accionar la bomba, y (b) el COP del dispositivo. Ahora la misma bomba de calor se utiliza para enfriar el edificio en verano. Para la DE misma temperatura del edificio, el mismo flujo de calor UNIVERSIDAD NACIONAL TRUJILLO VJ de aporte de 0.64 kW por grado de diferencia de temperaturas, y la misma potencia suministrada, obténgase (c) la temperatura mínima permitida para la cesión del calor, en grados Celsius, y (d) el COP del dispositivo de enfriamiento cuando la temperatura a la que se cede el calor esta 10 °C por encima de la

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6.59. Una bomba de calor internamente reversible se utiliza para suministrar 120.000 kJ/h a un edificio. La atmosfera exterior es la fuente fría, y la temperatura más baja del ciclo es -8 °C. El calor se suministra al edificio a 26 °C. Obténgase (a) el flujo de calor desde el aire exterior, en kJ/h, (b) la potencia que es necesario suministrar, en kW. (c) Si una bomba de calor real tiene un COP que es el 40 por 100 del valor teórico, determínese el coste, en dólares, de 2h de funcionamiento si la electricidad cuesta 9.4 centavos/kWh. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO VJ

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6.67. Un motor térmico internamente reversible funciona entre las temperaturas de admisión y cesión del calor de 600 y 40 °C. Parte del trabajo generado por el motor térmico se utiliza para mover una maquina frigorífica internamente reversible que funciona entre las temperaturas de 40 y -20 °C. El calor suministrado al motor es 2.100 kJ y el trabajo neto de salida (el trabajo del motor menos el consumido por la maquina frigorífica) es 370 kJ. Determínese (a) el calor transferido a la maquina frigorífica a -20 °C, y (b) el calor neto transferido a

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6.88. Entre dos fuentes térmicas a 680 y 490 K se transfiere una cantidad de calor de 100 kJ. El ambiente se encuentra a 300 K. Determínese: La variación de entropía en cada una de las fuentes térmicas, en kJ/K. La suma de estas variaciones ¿está de acuerdo con el principio del incremento de la entropía? La producción de entropía en la región de la transferencia de calor, en kJ/K. El tanto por ciento en que se reduce el potencial de trabajo de los 100 kJ debido a su transferencia a la fuente a 490 K. El tanto por ciento en que se incrementa el potencial de trabajo de los 100 kJ a UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO VJ

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6.98. Un motor eléctrico funciona en régimen estacionario y consume una potencia eléctrica de 3 kW. El 10 por 100 de la potencia eléctrica suministrada se pierde por transferencia de calor al ambiente. La temperatura de la superficie del motor es 45 °C. Determínese (a) la potencia en eje suministrada por el motor en hp, y (b) la producción de entropía en kW/K.

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6.108. Un motor térmico funciona entre dos fuentes térmicas a temperaturas de 560 K y 280 K. (a) El fluido de trabajo del motor tiene una temperatura de 560 K durante el suministro de calor desde la fuente a 560 K y una temperatura de 280 K durante la cesión del calor a la fuente a 280 K. El rendimiento térmico de la unidad real es el 40 por 100, y la transferencia de calor desde la fuente a 560 K es 1.000 kJ/min. Determínese la producción de entropía, en kJ/min.K, (1) en el propio motor, (2) en el proceso de cesión de calor a la fuente de baja temperatura, y (3) en el proceso de transferencia de calor desde la fuente de alta temperatura. (b) Ahora, con las mismas temperaturas de las fuentes térmicas, el mismo flujo de calor y el mismo rendimiento térmico del motor, este recibe el calor 540 K y lo cede a 300 K. Como antes, determínese la producción de entropía en (1) el propio motor, (2) en el proceso de cesión de calor a la fuente de baja temperatura, y (3) en el proceso de transferencia de calor desde la fuente de alta temperatura. (4) ¿Qué proceso tiene ahora mayor irreversibilidad? (c) Finalmente, con las mismas temperaturas de las fuentes térmicas, el mismo flujo de calor suministrado y las temperaturas del motor las dadas en el apartado b, el UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO VJ rendimiento térmico se incrementa hasta el 42 por 100. En estas condiciones, determínese la producción de entropía (1) en el propio motor, (2) en el proceso de cesión de calor a la fuente de baja temperatura, y (3) en el proceso de transferencia de calor desde la fuente de alta temperatura. (4) ¿Qué proceso tiene ahora mayor irreversibilidad?

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6.20. Un motor térmico internamente reversible recibe una cantidad de calor de 4.000 kJ a 337 °C y cede calor a la temperatura del punto triple del agua. Calcúlese (a) el rendimiento térmico, y (b) el trabajo neto de salida en kJ. Si el rendimiento térmico de un motor irreversible es el 70 por 100 del rendimiento del motor térmico reversible. (c) obténgase el tanto por ciento de variación del calor cedido, para el mismo calor recibido y las mismas temperaturas del fluido.

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6.11. Los recipientes de cocinado en una planta de procesado de alimentos deben calentarse hasta 120 °C. Una compañía propone utilizar el acoplamiento de agua subterránea-bomba de calor que es accionada mediante una turbina de vapor de agua. El vapor entra en la turbina suministra 45 hp a la bomba de calor que utiliza la energía del agua subterránea a 20 °C. El COP de la bomba de calor es, en estas condiciones, 3.0. Determínese (a) el flujo másico de vapor de agua en kg/s necesario para mover la turbina, y (b) el flujo de calor transferido a los recipientes de cocinado.

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