Taller Termodinámica

UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

PRIMER TALLER CLASE TALLER TERMDINAMICA II

DOCENTE: ESPERANZA DIAZ RESTREPO

Septiembre 7 de 2023

1. Una maquina térmica recibe calor a 750 K a razón de 60 KJ/min y libera calor de desecho al ambiente a 300 K a razón de 10 KJ/min. La salida de trabajo total de trabajo de la maquina térmica se usa para accionar un refrigerador que extrae el calor de un espacio enfriado a - 15°C a una tasa400 KJ/min y lo regresa al ambiente.

Determine:

1. Si las mediciones de la maquina térmica y las del refrigerador son razonables.
2. La tasa de calor de desecho al ambiente para convertirlo a sistema reversible

1. Una máquina térmica opera entre dos depósitos a 1500 °F y 70 °F. La mitad de la potencia desarrollada por la máquina térmica se usa para accionar una bomba de calor de Carnot que quita calor del entorno frío a 35 °F y lo transfiere a una casa que se mantiene a 75 °F. Si la casa pierde calor a razón de 1025 BTU/min, determine la tasa mínima de suministro de calor a la máquina térmica necesaria para mantener la casa a 75 °F.

1. Para calentar una casa se usa una bomba de calor que consume de 42 BTU/s de potencia eléctrica al operarla 1.5 hora y un COP de 3.5. La casa pierde calor al exterior a una tasa promedio de 53000 BTU/h.  Cuando se inicia la operación de la bomba de calor, la temperatura de la casa es de 40 °F. Suponiendo que la casa está bien sellada (es decir, no tiene fugas de aire), determine la masa total de aire dentro de la casa para que la temperatura se eleve a 82 °F.

1. Un ciclo de refrigeración de Carnot se ejecuta en un sistema cerrado en la región de saturación usando 1.3 kg de refrigerante 134a como fluido de trabajo. La presión mínima en el ciclo es de 450 kPa y la máxima temperatura es de 80 °C. Si el refrigerante cambia de vapor saturado a líquido saturado durante el proceso de rechazo de calor, determine la entrada neta de trabajo al ciclo.

1. Considere dos máquinas térmicas de Carnot operando en serie. La primera máquina recibe calor del depósito a 2700 °F y rechaza el calor de desecho a otro depósito a la temperatura T. La segunda máquina recibe esta energía rechazada por la primera, convierte algo de ella a trabajo y rechaza el resto a un depósito a 90 °F. Si las eficiencias térmicas de ambas máquinas son iguales, determine la temperatura T.

1. Se afirma que la eficiencia de una máquina térmica completamente reversible se puede duplicar si se duplica la temperatura de la fuente de energía. Justifique la validez de esta afirmación.

1. Una bomba completamente reversible tiene un COP de 1.6 y una temperatura de sumidero de 300 K. Calcule a) la temperatura de la fuente y b) la tasa de transferencia de calor hacia el sumidero cuando se suministran 1.5 kW de potencia a esta bomba de calor.

1. Un sistema de refrigeración utiliza un condensador enfriado por agua para rechazar el calor residual. El sistema absorbe calor del espacio a 25 °F a razón de 21 000 Btu/h. El agua entra al condensador a 65 °F a razón de 1.45 lbm/s. Se estima que el COP del sistema es 1.9. Determine a) la entrada de potencia al sistema en kW, b) la temperatura del agua a la salida del condensador en °F y c) el COP máximo posible del sistema. El calor específico del agua es 1.0 Btu/lbm·°F.

1. Considere un ciclo de refrigeración de Carnot ejecutado en un sistema cerrado en la región de mezcla saturada de líquido-vapor que utiliza 0.96 kg de refrigerante 134a como fluido de trabajo. Se sabe que la temperatura absoluta máxima en el ciclo es 1.2 veces la temperatura absoluta mínima, y que la entrada de trabajo neto al ciclo es 22 kJ. Si el refrigerante cambia de vapor saturado a líquido saturado durante el proceso de rechazo de calor, determine la presión mínima en el ciclo.

1. Considere un ciclo de máquina térmica de Carnot ejecutado en un sistema de flujo estacionario que utiliza vapor como fluido de trabajo. El ciclo tiene una eficiencia térmica de 30 por ciento, y el vapor cambia de líquido saturado a vapor saturado a 275 °C durante el proceso de adición de calor. Si la tasa de flujo másico del vapor es 3 kg/s, determine la salida de trabajo neto de esta máquina, en kW.

1. Una bomba de calor suministra calor a una casa a razón de 140 000 kJ/h cuando la casa se mantiene a 25 °C. Durante un mes, la bomba de calor opera durante 100 horas para transferir energía de una fuente térmica fuera de la casa al interior de la misma. Considere una bomba de calor que recibe calor de dos fuentes diferentes exteriores de energía. En una aplicación, la bomba de calor recibe calor del aire exterior a 0 °C. En una segunda aplicación, la bomba de calor recibe calor de un lago cuya agua está a 10 °C. Si la electricidad cuesta $0.12/kWh, determine la cantidad máxima de dinero que ahorra por usar el agua de lago en vez del aire exterior como fuente de calor.

...