Capítulo 02: Energía, transferencia de energía y análisis general de energía

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-152 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-152 Algunos ingenieros han sugerido que se puede usar aire comprimido en tanques para impulsar vehículos personales de transporte. La tecnología actual del aire comprimido permite comprimir y almacenar en forma segura aire hasta 4 000 psia. Los tanques…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-151 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-151 Una central eléctrica a veces bombea agua líquida a un reservorio elevado durante periodos de bajo consumo eléctrico. Esta agua se usa para generar electricidad durante periodos en los que la demanda de electricidad excede la capacidad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-150 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-150 La eficiencia de un aparato se define como la relación de la capacidad deseada obtenida entre el consumo requerido, y esa definición se puede ampliar a campos no técnicos. Por ejemplo, el desempeño de usted en este curso…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-149 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-149 Haga un informe sobre los sistemas de calefacción que se ofrecen en su localidad para construcciones residenciales. Describa las ventajas y desventajas de cada uno, y compare sus costos iniciales y de operación. ¿Cuáles son los factores más…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-148 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-148 Calcule los precios del combustible para calefacción, gas natural y electricidad donde usted vive, y determine el costo de cada uno por kWh de energía suministrada a la casa, en forma de calor. Revise sus cuentas de servicio,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-147 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-147 La energía solar que llega a la Tierra es, aproximadamente, 1,350 W/m2 en el exterior de la atmósfera, y 950 W/m2 a la superficie terrestre, en dirección normal a los rayos del sol, y en un día despejado.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-146 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-146 Un vehículo promedio adiciona a la atmósfera casi 20 lbm de dióxido de carbono por cada galón de combustible que consume, por lo que una cosa que se puede hacer para reducir el calentamiento global es comprar un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-145 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-145 Realice una investigación donde revise los conceptos de contaminación térmica y su estado actual. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-144 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-144 El tejado de una casa con calefacción eléctrica mide 7 m de longitud, 10 m de ancho y 0.25 m de espesor. Es una losa plana de concreto, cuya conductividad térmica es 0.92 W/m · °C. Durante cierta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-143 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-143 A través de un muro de 8 m  4 m de dimensiones y de 0.2 m de espesor, se transfiere calor a una tasa de 2.4 kW. Las temperaturas superficiales interna y externa del muro se miden,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-142 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-142 Una superficie negra y caliente de 3 m2, a 80 °C, pierde calor al aire a 25 °C que la rodea, por convección, y el coeficiente de transferencia de calor por convección es 12 W/ m2 · °C;…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-141 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-141 Una resistencia eléctrica de 50 cm de longitud y 0.2 cm de diámetro, sumergida en agua, se usa para determinar el coeficiente de transferencia de calor en agua hirviendo, a 1 atm. Se mide la temperatura superficial de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-140 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-140 Una tarjeta de circuito tiene 10 cm de altura y 20 cm de ancho, contiene 100 chips muy juntos; cada uno genera calor, a una tasa de 0.08 W, y lo transfiere por convección al aire que lo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-139 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-139 Una bomba de glicerina está impulsada por un motor eléctrico de 5 kW. Si se mide la diferencia de presiones entre la descarga y la succión de la bomba, a plena carga, resulta ser 211 kPa. Si la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-138 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-138 Para bombear queroseno (r 0.820 kg/L) de un recipiente en el piso hasta un recipiente elevado, se usa una bomba de 2 kW. Ambos recipientes están abiertos a la atmósfera, y la diferencia de altura entre las superficies…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-137 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-137 Un refrigerador consume 320 W de potencia cuando está trabajando. Si sólo trabaja la cuarta parte del tiempo, y el costo de la electricidad es $0.09/kWh, el costo mensual (30 días) para este refrigerador es: a) $3.56 b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-136 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-136 En una instalación, un compresor de 75 hp trabaja a plena carga durante 2 500 h por año, y está impulsado por un motor eléctrico cuya eficiencia es 93 por ciento. Si el costo unitario de la electricidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-135 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-135 En una planta hidroeléctrica donde pasan 70 m3/s de agua, de una altura de 65 m, y se usa un turbogenerador con 85 por ciento de eficiencia. Si se desprecian las pérdidas por fricción en tuberías, la producción…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-134 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-134 El elevador de un edificio alto debe subir una masa neta de 400 kg a 12 m/s, velocidad constante, y usa un motor eléctrico. La potencia mínima del motor debe ser: a) 0 kW b) 4.8 kW c)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-133 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-133 Un automóvil de 900 kg que va a una velocidad constante de 60 km/h, y debe acelerar a 100 km/h en 4 s. La potencia adicional para tener esta aceleración es: a) 56 kW b) 222 kW c)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-132 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-132 Un ventilador debe acelerar 3 m3/s de aire, desde el reposo hasta 12 m/s. Si la densidad del aire es 1.15 kg/m3, la potencia mínima que debe suministrarse al ventilador es: a) 248 W b) 72 W c)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-131 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-131 En un cálido día de verano, un ventilador hace circular aire dentro de un recinto bien sellado, con un ventilador de 0.50 hp impulsado por un motor de 65 por ciento de eficiencia. (El motor entrega 0.50 hp…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-130 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-130 Una calefacción eléctrica de resistencia, de 2 kW, está en un recinto, y se enciende durante 50 min. La cantidad de energía transferida de la calefacción al recinto es a) 2 kJ  b) 100 kJ  c) 3 000…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-129 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-129 La demanda de energía eléctrica suele ser mucho mayor durante el día que por la noche, y las empresas eléctricas venden, con frecuencia, la energía eléctrica por la noche a precios mucho menores, para estimular a los consumidores…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-128 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-128 En una central hidroeléctrica bajan 65 m3/s de agua, desde una altura de 90 m, hasta una turbina generadora de electricidad. La eficiencia general del turbogenerador es 84 por ciento. Sin tener en cuenta las pérdidas por fricción…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-127 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-127 CLos aerogeneradores desaceleran el aire, y hacen que llene canales más amplios al pasar por sus aspas. En un día con viento de 10 m/s, un molino de viento circular con un rotor de 7 m de diámetro…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-126 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-126 En un molino de maíz del siglo XIX se empleaba una rueda hidráulica de 14 m de altura. Cerca de la parte superior de la rueda caía agua a 320 litros por minuto. ¿Cuánta potencia, en kW, podría…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-125E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-125E Se bombea agua desde un pozo de 200 pies de profundidad, hasta un recipiente de almacenamiento de 100 pies de altura. Calcule la potencia, en kW, que se necesitaría para bombear 200 galones por minuto. Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-124 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-124 La gasolina con plomo hace que en el escape de los motores se expulse plomo. El plomo es una emisión muy tóxica de los motores. Desde la década de 1980 ha sido ilegal en Estados Unidos el uso…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-123 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-123 Un motor diésel, con volumen de cilindros 4.0 L y velocidad de motor 2 500 rpm, trabaja con una relación airecombustible igual a 18 kg de aire/kg de combustible. Usa diésel ligero, que contiene 750 ppm (partes por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-122E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-122E Una persona que pesa 180 lbf empuja un bloque que pesa 100 lbf, por un plano horizontal. El coeficiente dinámico de fricción entre el bloque y el plano es 0.2. Suponiendo que el bloque se mueve con velocidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-121E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-121E La fuerza necesaria para expandir el gas en un resorte de gas una distancia x está dada por F=Constante/xk ,donde la constante está determinada por la geometría de este dispositivo, y k está determinada por el gas que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-120E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-120E La energía almacenada en el resorte de un vagón de ferrocarril es de 5 000 lbf · pie. ¿Cuál es la energía a) en unidades de lbm, pies y s; b) en unidades de lbf y yardas (yd),…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-119 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-119 El Departamento de Energía en Estados Unidos estima que se puede ahorrar hasta 10 por ciento de la energía consumida en una casa, si se calafatean puertas y ventanas, encintándolas con bandas selladoras, para reducir las fugas de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-118 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-118 Un hogar representativo paga casi $1 200 al año por facturas de energía, y el Departamento de Energía de Estados Unidos estima que 46 por ciento de esta energía se usa para calefacción o enfriamiento: 15 por ciento…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-117 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-117 Un propietario está analizando la adquisición de alguno de estos sistemas de calefacción para su casa: calentamiento mediante resistencia eléctrica con $0.09/kWh y 1 kWh 3 600 kJ, calentamiento a base de gas con $1.24/unidad térmica y 1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-116E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-116E El contenido de energía, los costos unitarios y las eficiencias de conversión características de varias fuentes de energía usadas en calentadores de agua, son: 1 025 Btu/pie3, $0.012/pie3 y 55 por ciento para gas natural; 138 700 Btu/gal,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-115 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-115 Repita el problema 2-114 para una velocidad de viento promedio de 20 km/h. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-114 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-114 La energía eólica se ha usado desde 4 000 a.C. para accionar barcos de vela, moler granos, bombear agua para las granjas y, más recientemente, para generar electricidad. Sólo en Estados Unidos se han usado desde la década…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-113 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-113 Una persona va a sustituir su calentador de gas natural, con 25 años de antigüedad, por uno cuya eficiencia es 55 por ciento. Esa persona piensa en un calentador convencional, con 82 por ciento de eficiencia, que cuesta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-112 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-112 Considere un salón de clase para 55 estudiantes y un profesor, cada uno de los cuales genera calor a razón de 100 W. La iluminación la proporcionan 18 lámparas fluorescentes de 40 W cada una, y los balastros…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-111 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-111 Un recipiente esférico de acero, cuyo diámetro exterior es 20 cm, y cuya pared hueca tiene el espesor de 0.4 cm, se llena con agua y hielo a 0 °C. La superficie externa está a 5 °C. Calcule…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-110 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-110 Regrese al problema 2-109. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto de la emisividad y absorbencia superficial de la nave, sobre la temperatura superficial de equilibrio. Trace una gráfica de la temperatura superficial en función…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-109 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-109 La superficie externa de una nave en el espacio exterior tiene 0.6 de emisividad, y 0.2 de absorbencia para la radiación solar. Si esta radiación incide sobre la nave a una tasa de 1 000 W/m2, determine la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-108 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-108 Un tubo de 5 cm de diámetro externo y 10 m de longitud, con agua a 80 °C, pierde calor al aire que la rodea, a 5 °C, por convección natural; el coeficiente de transferencia de calor es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-107 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-107 Regrese al problema 2-106. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto del coeficiente de transferencia de calor por convección, sobre la temperatura superficial de la placa. Haga variar el coeficiente de transferencia de calor de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-106 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-106 Una chapa metálica delgada está aislada en su cara trasera, y su cara delantera está expuesta a la radiación solar. La superficie expuesta de la chapa tiene 0.8 de absorbencia, para radiación solar. Si esta radiación incide sobre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-105 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-105 Se deja una plancha de 1,000 W sobre la tabla de planchar, con su base al aire, que está a 20 °C. El coeficiente de transferencia de calor por convección natural entre la superficie de la base y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-104 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-104 Se sopla aire caliente a 80 °C sobre una superficie plana de 2 m  4 m, a 30 °C. Si el coeficiente de transferencia de calor por convección es 55 W/m2 · °C, determine la tasa de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-103 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-103 Regrese al problema 2-102. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto del coeficiente de transferencia de calor por convección, y de la emisividad de la superficie, en la tasa de transferencia de calor desde la…