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

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-102 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-102 Una esfera de 9 cm de diámetro, cuya superficie se mantiene a la temperatura de 110 °C, está colgada en el centro de un recinto a 20 °C. Si el coeficiente de transferencia de calor por convección es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-101 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-101 Para fines de transferencia de calor, se puede modelar a un hombre quieto como un cilindro de 30 cm de diámetro y 170 cm de longitud, con las superficies superior e inferior aisladas, y la superficie lateral a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-100 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-100 Dos superficies de una placa de 2 cm de espesor se mantienen a 0 °C y 100 °C, respectivamente. Se determina que el calor atraviesa la placa a una tasa de 500 W/m2. Calcule la conductividad térmica de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-99 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-99 CLos vidrios interno y externo de una ventana de doble vidrio de 2 m  2 m están a 18 °C y 6 °C, respectivamente. Si el espacio de 1 cm entre los dos vidrios está lleno de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-98 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-98 Un perol de aluminio, cuya conductividad térmica es 237 W/m · °C, tiene un fondo plano de 20 cm de diámetro y 0.4 cm de espesor. Se transmite constantemente calor a agua hirviente en el perol, por su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-97 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-97 Regrese al problema 2-96. Use el programa EES (o algún otro) para investigar el efecto del espesor del vidrio sobre la pérdida de calor, para las temperaturas especificadas en las caras del vidrio. Varíe el espesor del vidrio,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-96 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-96 Las superficies interna y externa del vidrio de una ventana de 2 m  2 m  0.5 cm de dimensiones están a 15 °C y 6 °C, respectivamente, en invierno. Si la conductividad térmica del vidrio es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-95 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-95 Las superficies interna y externa de un muro de ladrillo, de 5 m  6 m, con 30 cm de espesor y conductividad térmica 0.69 W/m · °C, se mantienen a las temperaturas de 20 °C y 5…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-94C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-94C Defina emisividad y absorbencia. ¿Cuál es la ley de Kirchhoff de la radiación? Solución: Solución 1: Canal Emisividad definida como la relación entre el flujo radiante emitido por unidad de área y el emitido por un cuerpo negro…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-93C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-93C ¿Qué es un cuerpo negro? ¿En qué difieren los cuerpos reales de un cuerpo negro? Solución: Solución 1: Canal Un cuerpo negro es un cuerpo ideal que absorbe toda la energía radiante incidente y no refleja ni transmite…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-92C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-92C ¿En qué difiere la convección forzada de la convección natural? Solución: Solución 1: Canal En la convección forzada, el fluido se ve obligado a fluir sobre una superficie o dentro de un tubo por medios externos como una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-791C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-91C ¿Llega alguna parte de energía solar a la Tierra por conducción o convección? Solución: Solución 1: Canal No, la energía del sol se produce solo debido a la radiación. La conducción y la convección necesitan un medio para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-90C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-90C ¿Cuál conduce mejor el calor, el diamante o la plata? Solución: Solución 1: Canal El diamante es un mejor conductor de calor que la plata, puesto que el diamante tiene una mayor conductividad térmica (K diamante = 2300…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-89C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-89C ¿Cuáles son los mecanismos de transferencia de calor? Solución: Solución 1: Canal Hay tres mecanismos de transferencia de calor. Son los siguientes 1. Conducción 2. Convección 3. Radiación Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-88 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-88 Un automóvil normal rueda 20,000 km por año, y emite unos 11 kg de NOx (óxidos de nitrógeno) por año a la atmósfera. El gas natural que se quema en una estufa emite unos 4.3 g de NOx…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-87E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-87E En una vivienda se usan 11,000 kWh de electricidad  al año, y 1,500 galones de combustible durante la estación fría, para calefacción. La cantidad promedio de CO2 producida es 26.4 lbm/galón de combustible, y 1.54 lbm/kWh de electricidad.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-86 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-86 Repita el problema 2-85, suponiendo que la electricidad proviene de una central donde se quema carbón. En este caso, la producción promedio de CO2 es 1.1 kg por kWh. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-85 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-85 Cuando se quema un hidrocarburo combustible, casi todo su carbono se quema y forma CO2 (dióxido de carbono), el principal gas causante del efecto invernadero, y por consiguiente del cambio climático global. En promedio, se produce 0.59 kg…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-84E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-84E Un automóvil recorre 15,000 millas por año, y usa unos 715 galones de gasolina; se compara con una camioneta que consumiría 940 galones. Cuando se quema un galón de gasolina, se producen unas 19.7 lbm de CO2, causante…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-83C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-83C ¿Qué es el efecto invernadero? Describa cómo el exceso de CO2 en la atmósfera causa el efecto invernadero. ¿Cuáles son las consecuencias potenciales del efecto invernadero a largo plazo? ¿Cómo podemos combatir este problema? Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-82C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-82C ¿Por qué el monóxido de carbono es un contaminante peligroso en el aire? ¿Cómo afecta a la salud humana, a bajas y a altas concentraciones? Solución: Solución 1: Canal El otro contaminante grave del smog es el monóxido…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-81C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-81C ¿Qué es lluvia ácida? ¿Por qué se llama “lluvia”? ¿Cómo se forman los ácidos en la atmósfera? ¿Cuáles son los efectos adversos de la lluvia ácida sobre el medio ambiente? Solución: Solución 1: Canal El término lluvia ácida…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-80C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-80C ¿Qué es esmog? ¿De qué está formado? ¿Cómo se forma ozono al nivel cercano al suelo? ¿Cuáles son los efectos adversos del ozono sobre la salud humana? Solución: Solución 1: Canal El smog fotoquímico es un término que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-79C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-79C ¿Cómo afecta la conversión de energía al ambiente? ¿Cuáles son las principales sustancias que contaminan el aire? ¿Cuál es la fuente principal de esos contaminantes? Solución: Solución 1: Canal La energía no se crea ni se destruye, se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-78 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-78 Una turbina eólica gira a 15 rpm bajo la influencia de vientos estables que fluyen por la turbina a una tasa de 42 000 kg/s. La medición de la velocidad en el extremo del aspa de la turbina…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-77E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-77E Una bomba con 80 por ciento de eficiencia consume 20 hp de potencia y transporta 1.5 pies3/s de agua, de un lago hasta un estanque cercano a través de una tubería de diámetro constante. La superficie del estanque…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-76 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-76 Una bomba de aceite consume 35 kW de potencia eléctrica al bombear 0.1 m3/s de aceite con r 860 kg/m3. Los diámetros de los tubos de succión y descarga son 8 cm y 12 cm, respectivamente. Si se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-75 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-75 El agua represada en la Presa Hoover, en Nevada, Estados Unidos, está a 206 m de altura respecto a la superficie del río Colorado. ¿A qué caudal de agua debe pasar por las turbinas hidráulicas de esta presa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-74 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-74 Se bombea agua de un embalse inferior a otro superior mediante una bomba que provee 20 kW de potencia de flecha. La superficie libre del embalse superior está 45 más arriba respecto a la del inferior. Si el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-73E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-73E Una bomba de agua provee 3 hp de potencia de flecha cuando está en operación. Si la presión diferencial entre la salida y la entrada de la bomba es de 1.2 psi cuando el flujo es 15 pies3/s…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-72 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-72 Hay grandes aerogeneradores con diámetros de aspa de más de 100 m usadas para generar energía eléctrica. Considere una turbina eólica con un diámetro de aspa de 100 m instalada en un lugar en que soplan permanentemente vientos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-71 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-71 Se bombea agua de un lago hacia un gran recipiente de almacenamiento situado 20 m arriba, a una tasa de 70 L/s con un consumo de potencia eléctrica de 20.4 kW. Sin considerar las pérdidas por fricción en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-70 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-70 Reconsidere el problema 2-69. Usando el software EES (u otro), investigue el efecto de la velocidad del viento y el diámetro de envergadura de hojas sobre la generación eólica de potencia. Suponga que la velocidad varía de 5…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-69 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-69 En cierta ubicación, el viento sopla constantemente a 7 m/s. Determine la energía mecánica del aire por unidad de masa y el potencial de generación de potencia de un aerogenerador con hojas de 80 m de diámetro en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-68 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-68 El agua de un lago grande se va a usar para generar electricidad mediante la instalación de un sistema turbina hidráulica-generador en una ubicación donde la profundidad del agua es de 50 m (Fig. 2-62). Se va a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-67 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-67 Un cuarto se enfría mediante circulación de agua enfriada a través de un intercambiador de calor ubicado en un cuarto. El aire se hace circular por el intercambiador mediante un ventilador de 0.25 hp de potencia en el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-66 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-66 Un salón de gimnasia tiene ocho máquinas de levantamiento de pesas que no tienen motores, y cuatro caminadoras, cada una de ellas provista de un motor de 2.5 hp (potencia en el eje). Los motores operan con un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-65E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-65E Reconsidere el problema 2-64E. Usando el software EES (u otro), estudie los efectos del costo unitario de la energía y la eficiencia de combustión sobre la energía anual utilizada y los ahorros en costos. Suponga que la eficiencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-64E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-64E Las necesidades de vapor de agua en una fábrica se satisfacen con una caldera cuyo consumo nominal de calor es 5.5  106 Btu/h. Se determina que la eficiencia de combustión de la caldera es 0.7, mediante un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-63 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-63 Un motor de 75 hp (potencia en el eje) cuya eficiencia es 91.0 por ciento, se ha gastado, y se va a sustituir por uno de alta eficiencia, con 95.4 por ciento de eficiencia. El motor trabaja 4.368…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-62 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-62 Un automóvil eléctrico de 90 hp (en el eje) está impulsado por un motor eléctrico montado en el compartimiento del motor. Si la eficiencia promedio del motor es 91 por ciento, calcule la tasa de suministro de calor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-61 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-61 Un motor de 75 hp (potencia en el eje) tiene 91.0 por ciento de eficiencia; ya está gastado, y se reemplaza por uno de 75 hp de alta eficiencia, con 95.4 por ciento de eficiencia. Calcule la reducción…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-60 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-60 Un quemador eléctrico abierto de 24 kW, con campana, está instalado en un área donde los costos unitarios de electricidad y gas natural son $0.10/kWh y $1.20/termia (1 termia 105,500 kJ), respectivamente. Se puede suponer que la eficiencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-59C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-59C ¿Puede ser mayor la eficiencia combinada de un turbogenerador, que la eficiencia de su turbina o de su generador? Explique. Solución 1: Canal La eficiencia combinada de turbina-generador no puede ser mayor que la eficiencia de la turbina…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-58C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-58C Defina la eficiencia de una turbina, de un generador y del turbogenerador. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-57C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-57C ¿Cómo se define la eficiencia combinada de una bomba acoplada con un motor? ¿Puede la eficiencia combinada de motor bomba ser mayor que la eficiencia del motor o de la bomba? Solución: Solución 1: Canal Sistema de motor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-56C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-56C ¿Qué es eficiencia mecánica? ¿Qué significa una eficiencia mecánica de 100 por ciento en una turbina hidráulica? Solución: Solución 1: Canal En ausencia de cualquier irreversibilidad, como la fricción, la energía mecánica se puede convertir completamente de una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-55 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-55 Un automóvil que se mueve a través del aire hace que la velocidad del aire (medida con respecto al vehículo) disminuya y llene un canal de flujo más grande. Un automóvil tiene un área efectiva de canal de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-54 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-54 En un centro comercial, una escalera eléctrica está diseñada para mover a 30 personas de 75 kg cada una, a una velocidad constante de 0.8 m/s, por una pendiente de 45°. Determine el consumo mínimo de potencia necesario…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 2-53 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 2-53 La fuerza que impulsa el flujo de los fluidos es la diferencia de presión; una bomba trabaja elevando la presión de un fluido (convirtiendo el trabajo mecánico de su eje en energía de flujo). Se determina que una…