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• Ricki KUn

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PROBLEMARIO TERMODINAMICA SEGUNDA PARTE UNIDAD 6 1.- Una planta termoeléctrica de 600 Mw, que usa, para el proceso de enfriamiento, el agua de un rio cercano, tiene una eficiencia térmica de 40%. Determine la tasa de transferencia térmica al agua del rio. ¿La tasa real de transferencia será mayor o menos que este valor? ¿Por qué? R:Q̇𝐻 =1500, Q̇ 𝐿 =900 2.- Una maquina térmica tiene una entrada total de calor de 1.3kJ, y una eficiencia térmica de 35%. ¿Cuanto trabajo producirá? R: 0.455 3.- Una maquina térmica que impulsa una embarcación produce 500 Btu/lbm de trabajo mientras descarta 300 btu/lbm de calor. ¿Cuál es la eficiencia térmica? R: 0.625 4.- Una maquina térmica que saca agua por bombeo de una mina subterránea acepta 500kj de calor y produce 200kj de trabajo ¿Cuánto calor rechaza, en kJ? 5.- Una maquina térmica con una eficiencia térmica de 40% rechaza 1 000kj/kg de calor ¿cuánto calor recibe? 6.- una planta termoeléctrica con una generación de potencia de 150 Mw consume carbón a una razón de 60 toneladas/h. Si el poder calorífico del carbón es 30000 kJ/kg, determine la eficiencia total de esta planta 7.- un motor de automóvil consume combustible a razón de 28 l/h y entrega a las ruedas una potencia de 60kw. Si el combustible tiene un poder calorífico de 44000 kJ/kg y una densidad de 0.8 g/cm3, determine la eficiencia el motor. 8.- 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% y una generación neta de 350kw, determine el valor promedio de la tasa necesaria de recolección de energía solar, en Btu/h. 9.- un refrigerador domestico con un COP de 1.2 quita calor del espacio refrigerado a una tasa de 60 kJ/min. Determine: a) Potencia eléctrica que consume el refrigerador b) Tasa de transferencia de calor al aire de la cocina 10.- Una bomba de calor comercial quita 10000 Btu/h de la fuente de calor, rechaza 15090 Btu/h al sumidero térmico y necesita 2 hp de potencia. ¿Cuál es el coeficiente de desempeño de la bomba de calor? 11.- El coeficiente de desempeño de una bomba de calor residencial es 1.6. Calcule el efecto de calentamiento, en kJ/s, que esta bomba producirá cuando consuma 2 kw de potencia eléctrica 12.- Un refrigerador que se usa para enfriar alimentos en una tienda de abarrotes debe de producir 10000kj de efecto de enfriamiento y tiene un coeficiente de

desempeño de 1.35 ¿cuántos kw de potencia necesitara este refrigerador para operar? 13.- Un congelador de alimentos debe producir 5kw de efecto de enfriamiento, y su COP es 1.3. ¿Cuántos kw de potencia necesitara este refrigerador para la operación? 14.- Una bomba de calor tiene un COP de 1.7. Determine el calor transferido hacia y desde esta bomba de calor cuando se le suministran 50 kJ de trabajo 15.- Entra agua a una maquina de hielo a 55ºF y sale como hielo a 25ºF. Si el COP de la máquina de hielo es de 2.4 durante su operación, determine la entrada necesaria de potencia para una razón de producción de hielo de 28lbm/h. (se necesita quitar 169 Btu de energía de cada lbm de agua a 55ºf para convertirla en hielo a 25ºf). 16.- cuando un hombre regresa a su casa bien sellada en un día de verano, encuentra que su casa esta a 32ºc. Enciende el acondicionador de aire, que enfría toda la casa a 20ºc en 15 minutos. Si el COP del sistema de acondicionamiento de aire es 2.5, determine la potencia que toma el acondicionador de aire. Suponga que toda la masa dentro de la casa equivale a 800kg de aire para la cual c v=0.72 kJ/kgºc y cp=1.0 kJ/kgºc 17.- una bomba de calor con un COP de 1.4 debe producir un efecto de calentamiento de 100 000 Btu/h. ¿cuánta potencia necesita este dispositivo, en hp? 18.- un refrigerador de alimentos debe dar un efecto de enfriamiento de 15000 kJ/h con un rechazo de calor de 22,000 kJ/h. Calcule el COP de este refrigerador 19.- un acondicionador de aire de un automóvil produce un efecto de enfriamiento de 1kw con un consumo de 0.75kw de potencia. ¿Cuál es la tasa de rechazo de calor de este acondicionador de aire? 20.- se usa una bomba de calor para mantener una casa a una temperatura constante de 23ºc. La casa pierde calor hacia el aire exterior a través de las paredes y las ventanas a razón de 60,000 kJ/h, mientras que la energía generada dentro de la casa por las personas, las luces y los aparatos domésticos es de 4,000kJ/h. Para un COP de 2.5, determine la potencia necesaria para la operación de la bomba de calor 21.-una maquina térmica opera entre una fuente a 550ºC y un sumidero a 25ºC. Si se suministra calor a la maquina térmica a una tasa constante de 1200kJ/min, determine la producción máxima de potencia de esta máquina térmica 22.- Una maquina térmica trabaja en un ciclo de Carnot y tiene una eficiencia térmica de 75%. El calor de desecho de esta máquina se rechaza hacia un lago cercano a 60ºF, a razón de 800 Btu/min. Determine:

a) Producción de potencia de la maquina b) Temperatura de la fuente 23.- Una maquina térmica completamente reversible opera con una fuente a 1500r y un sumidero a 500r. ¿a qué tasa se debe suministrar calor a esta máquina, en Btu/h, para que produzca 5 hp de potencia? 24.- Un refrigerador completamente reversible es actuado por un compresor de 1okw y opera con depósitos de energía térmica a 250 K y 300 K. Calcule la tasa de enfriamiento que da este refrigerador 25.-Un refrigerador debe quitar calor del espacio enfriado a razón de 300 kJ/min para mantener su temperatura de -8 °C. Si el aire que rodea al refrigerador esta a 25 ºC. Determine la entrada mínima de potencia que se necesita para esta refrigerador 26.- un refrigerador Carnot opera en un cuarto en el que la temperatura es de 25 ºC. El refrigerador consume 500 w de potencia y tiene un COP de 4.5. Determine: a) Tasa de remoción de calor b) Temperatura del espacio refrigerado 27.- Se usa una bomba de calor para calentar una casa y mantenerla a 24ºC. Un día de invierno, cuando la temperatura del aire exterior es de -5ºc, se estima que la casa pierde calor a razón de 80000 kJ/h. Determine la potencia mínima necesaria para operar esta bomba. 28.-Una bomba de calor se usa para mantener una casa a 22 ºC extrayendo calor del aire exterior un día en el que la temperatura del aire exterior es de 2 ºC. Se estima que la casa pierde calor a razón de 110000kJ/h, y la bomba de calor consume 5 kw de potencia eléctrica para operar. ¿Esta bomba es suficientemente potente para hacer este trabajo? 29.- Una maquina térmica de Carnot recibe calor de un deposito a 1700 ºF a razón de 700 Btu/min, y rechaza el calor de desecho al aire ambiente a 80 ºF. Toda la potencia producida por la maquina térmica se usa para actuar un refrigerador que quita calor del espacio refrigerado a 20 ºF y lo transfiere al mismo aire ambiente a 80ºF. Determine a) QL b) QH