Enunciados

Enunciados
Lista 4
Nota: Los ejercicios 6.16, 6.22 y 6.34 tienen agregados y/o sufrieron modificaciones respecto al Van Wylen.
6.12*
Se propone calentar una casa en el invierno con una bomba de calor. La casa se deberá mantener en todo
momento a 20 ºC. Cuando la temperatura ambiente exterior desciende a –10 ºC, se estima que la casa
pierde calor a razón de 25 kW. ¿Cuál es la potencia eléctrica mínima que se requiere para accionar la
bomba de calor?
6.13*
Una máquina cíclica, que se muestra en la figura P6.13, recibe 325 kJ de una fuente de energía a 1000
K. Rechaza 125 kJ a una fuente de energía a 400 K y el ciclo produce 200 kJ de trabajo. ¿Es este ciclo
reversible, irreversible o imposible?
FIGURA P6.13
6.16*
Un inventor ha creado una unidad de refrigeración que mantiene el espacio frío a –10 ºC mientras
funciona en una habitación a 25 ºC. Se pretende que el coeficiente de rendimiento sea de 8.5. ¿Cómo se
evalúa esto? ¿Sería posible si el COP fuera 7.0?
6.18*
De un reactor nuclear sale sodio líquido a 800 ºC y se utiliza como fuente de energía en una
termoeléctrica. El agua de enfriamiento del condensador proviene de una torre de enfriamiento a 15 ºC.
Determine la eficiencia térmica máxima de la planta de energía. ¿Lleva a resultados incorrectos el
utilizar en el cálculo las temperaturas que se proporcionan?
6.22*
El helio tiene la temperatura de ebullición normal más baja de cualquiera de los elementos, 4.2 K. A
esta temperatura, la entalpía de evaporación es de 83.3 kJ/kmol. Se analiza un ciclo de refrigeración de
Carnot para la producción de 1 kmol de helio líquido a 4.2 K a partir de vapor saturado a la misma
temperatura. ¿Cuál es el suministro de trabajo al refrigerador y cuál es el coeficiente de rendimiento del
ciclo con una temperatura ambiente de 300 K?
6.25*
Se desea refrigerar a –30 ºC. Se dispone de una fuente a 200 ºC, que se muestra en la figura P6.25 y la
temperatura ambiente es de 30 ºC. Así, se puede realizar trabajo mediante una máquina térmica cíclica
que funciona entre la fuente a 200 ºC y el ambiente. Este trabajo se utiliza para hacer funcionar el
refrigerador. Determine la relación entre la transferencia de calor desde el depósito de 200 ºC y el calor
que se transfiere desde la fuente a –30 ºC, suponiendo que todos los procesos son reversibles.
6.27*
Una bomba de calor calienta una casa en el invierno y después se invierte para enfriarla en el verano. La
temperatura interior debe ser de 20 ºC en el invierno y de 25 ºC en el verano. Se estima que la
transferencia de calor a través de las paredes y los techos es de 2400 kJ por hora por grado de diferencia
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Enunciados
Lista 4
de temperatura entre el interior y el exterior,
a) Si la temperatura exterior en el invierno es de 0 ºC, ¿cuál es la potencia mínima que se requiere para
impulsar la bomba de calor?
b) Para la misma potencia del inciso (a), ¿cuál es la temperatura exterior máxima en el verano para la
cual la casa se puede mantener a 25 ºC?
6.28**
Se propone construir una central eléctrica de 1000 MW que utilice vapor como fluido de trabajo. Los
condensadores se enfriarán con agua de río (véase la figura P6.28). La temperatura máxima de vapor es
de 550 ºC y la presión en los condensadores será de 10 kPa. Estime el aumento de temperatura en el río,
corriente abajo de la planta de energía.
6.34*** Una máquina térmica de Carnot, como la que se muestra en la figura P6.34, recibe energía desde una
fuente a Tfuente a través de un cambiador de calor, donde el calor transferido es proporcional a la
diferencia de temperatura como QH = K(Tfuente – TH). Rechaza calor a una temperatura baja establecida,
TL. Para diseñar la máquina térmica que produzca el trabajo máximo, demuestre que la temperatura alta
TH, en el ciclo, se debe seleccionar como TH = (TL Tfuente)1/2. Suponiendo que TL/Tf = 0.6 hacer la gráfica
de W/(kTf) en función de TH/Tf.
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