1)
1) Página Página 99 99 Libro Libro CengelCengel
Una grúa de construcción levanta una viga de concreto pretensado, que Una grúa de construcción levanta una viga de concreto pretensado, que pesa 3 toneladas desde el suelo hasta la punta de las pilastras, a 24 pies pesa 3 toneladas desde el suelo hasta la punta de las pilastras, a 24 pies sobre el suelo calcule la cantidad de trabajo efectuado suponiendo que el sobre el suelo calcule la cantidad de trabajo efectuado suponiendo que el sistema es sistema es a) a) La La vigaviga b) b) La La grúagrúa
Expresar la respuesta en lbf-pie y en Btu Expresar la respuesta en lbf-pie y en Btu Solución:
Solución: a)
a) Analizando Analizando en en la la vigaviga
2 2 2 2 1 1 ((2 2 22000 0 ))((3322..11774 f4 ftt/ s / s ))( ( ))((118 8 )) 3 322.1.174 74 // lbf lbf W W mmgg zz xx llbbmm fftt ft ft ss W = 7200 lbf-ft W = 7200 lbf-ft 1 1 W W ((772200000 0 . . ))( ( ) ) 9922..55 7 77788..11669 9 .. Btu Btu llbbf f fft t BBttuu lb lbf f ft ft b)
b) Analizando Analizando en en la la grúagrúa
Puesto que la grúa debe producir la
Puesto que la grúa debe producir la misma cantidad de misma cantidad de trabajo como se requieretrabajo como se requiere para levantar la viga, el trabajo realizado por él es:
para levantar la viga, el trabajo realizado por él es: W= 7200 lbf-ft =92.5 Btu
2) Página 99 Libro Cengel Problema 2-34E
Una varilla de acero de 0,5 in de diámetro, 12 in de longitud con un módulo de Young de 30 000 lbf/in2se estira 0.125 in. ¿Cuánto trabajo necesita esto en Btu? El trabajo de esfuerzo está dado por 0 (e 2 2)
2 f i
V E
e
, donde V0 es el
volumen original del sólido, E es el módulo de Young, y e es el esfuerzo al principio y al final del proceso.
Solución:
El módulo de Young no cambia cuando la varilla se estira. Analizando el volumen original de la varilla
2 2 4 0 (0.005 ) (10 ) 1.963x10 4 4 D m V L m
El trabajo necesario para estirar la varilla de 3 cm es:
2 2 0
(e
)
2
f iV E
w
e
4 3 4 2 2 2(1.963 10
)(21 10
/
)
(0.03 ) 0 )
2
x
m
x
kN m
w
m
0.01855 .
0.01855
w
kN
m
kJ
1) Página 100 Libro Cengel Problema 2-47
En un salón de clases que normalmente aloja a 40 personas se instalaran unidades de aire acondicionado con capacidad de enfriamiento de 5kW. Se puede suponer que una persona en reposo disipa calor a una tasa de
alrededor de 360 kj/h. Además hay 10 focos en el aula, cada uno de 100 W, y se estima que la tasa de transferencia de calor hacia el aula a través de las paredes es de 15000 kj/h. Si el aire en el aula se debe mantener a una temperatura constante de 21ºc, determine el número de unidades de aire acondicionado requeridas.
Solución
La carga de enfriamiento se debe a la gente, las luces y la transferencia de calor a través de las paredes y las ventanas. El número de 5-kW de aire de ventana unidades de acondicionamiento necesarios a determinar:
enfriamiento luces gente ganancia calor
Q
Q
Q
Q
10 100
1
lucesx KW
K
Q
W
40 36
/
4
genteQ
x KJ h KW
15000
/
4.17
ganancia calorQ
KJ
h
KW
Reemplazando:
1 4 4.17 9.17
enfriamientoQ
KW
Así, el número de unidades de aire acondicionado requeridas es:
9.17 KW
1.83 2
5
KW
UNIDADES
2) Página 100 Libro Cengel Problema 2-52E
Un ventilador está situado en un ducto cuadrado de 3 pies x 3 pies. Se miden las velocidades en varios puntos a la salida, y se determina que la velocidad promedio de flujo es 22 pies/s. Suponiendo que la densidad del aire es 0.075 lbm/pie3.Calcule el consumo mínimo de potencia del motor del ventilador.
Solución:
La densidad del aire se da a ρ = 0.075 lbm/pie3
int
/
0
neta erna salida system
E
E
E
dE
dt
int erna salida
E
E
2 int
2
salida electrico erno aire salida aire
V
w
m
ke
m
3 2(0.075
/
)(3 3 )(22 / s) 14.85 lbm/ s
airem
VA
lbm ft
x ft
ft
Sustituyendo, la entrada de potencia mínima necesaria se determina que es: 2 2 int 2 2
(22 / ) 1 /
(14.85 / )
(
) 0.1435 / 151
2
2
25.037 /
salida erna aireV
ft s
Btu lbm
w
m
lbm
s
Btu
s
W
ft s
1Btu = 1.055KJ 1KJ/s = 1000W1) Página 317 Libro Cengel Problema 6-18
Una planta termoeléctrica de 600MW, que se 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 menor que este valor?¿porque?.
Solución:
Análisis de la tasa de suministro de calor a la planta de energía se determina a partir de la relación eficiencia térmica:
600 1500 0.4 neto salida H
W
MW
Q
MW
n
Determinando la tasa de transferencia de calor al agua de rio:
1500 600 900
L H neto salida
Q
Q
W
MW
En realidad, la cantidad de calor rechazado al río será más bajo ya que parte del calor se perderá al aire.
2) Página 317 Libro Cengel Problema 6-21
Una planta termoeléctrica con una generación de potencia de 150MW consume carbón a razón de 60 toneladas/h. Si el poder calorífico del carbón es 30000KJ/Kg. Determine la eficiencia total de esta planta.
Solución:
El poder calorífico del carbón se da para ser 30.000 kJ / kg. La tasa de suministro de calor a esta planta de energía es:
H carbon carbon
Q
m
q
9(60000
/ )(30000
/
) 1.8 10
/
HQ
Kg h
KJ Kg
x KJ h
500
HQ
MW
Eficiencia térmica de la planta:
150
0.300 30%
500
neto salida HW
MW
n
Q
MW
1) Pagina 403 Libro cengel Problema 7-28F
Durante el proceso isotérmico de rechazo de calor en un ciclo Carnot, el fluido de trabajo experimenta un cambio de entropía de -0.7 Btu/R. Si la temperatura del sumidero térmico es de 95ºF, determinar:
a) La cantidad de transferencia de calor b) Cambio de entropía del sumidero
c) El cambio total de entropía para este proceso
Solución:
a) Este es un proceso isotérmico reversible, y el cambio de entropía durante un proceso de este tipo se da por:
Q S
T
(555 )( 0.7
/ )
fluido fluido fluido
Q
T
S
R
Btu R
388.5
fluido
Q
Btu
b) El cambio de entropía del sumidero se determina a partir de:
,int
388.5
0.7
/
555
fregadero erno fregadero fregaderoQ
Btu
S
Btu
R
T
R
c) El cambio total de entropía para este proceso es:
0.7 0.7 0
generado total fluido fregadero
2)Pagina 403 libro cengel Problema 7-29
Entra refrigerante 134ª en lo serpentines del evaporador de un sistema de refrigeración como un vapor húmedo a una presión de 160Kpa. El refrigerante absorbe 180KJ de calor del espacio enfriado, que se mantiene a -5ºc y sale como vapor saturado a la misma presión. Determine:
a) El cambio de entropía del refrigerante. b) El cambio de entropía del espacio enfriado. c) El cambio de entropía total para este proceso. Solución:
Tomando nota de que tanto el refrigerante y el espacio refrigerado se someten a procesos isotérmicos reversibles, el cambio de entropía para ellos puede determinarse a partir de: S Q
T
a) El cambio de entropía del refrigerante es:
La presión del refrigerante se mantiene constante. Por lo tanto, la temperatura del refrigerante También se mantiene constante en el valor de saturación
160
15.6º
257.4
(
12)
saturada KpaT T
C
k Tabla
A
180 0.699 / 257.4 refrigerante refrigerante refrigeranteQ
KJ
S
KJ
K
T
K
b) El cambio de entropía del espacio enfriado es:
180
0.672
/
268
espacio fuera espacio espacioQ
KJ
S
KJ
K
T
K
c) El cambio de entropía total para este proceso es:
0.699 0.672 0.027 /
generado total refrigeramte espacio
