EJERCICIOS DE TERMODINAMICA
1. Un automóvil que viaja a una velocidad constante de 80 km/h durante 1.1 h, consume 9.5 L de gasolina. El contenido de energía de la gasolina es de 44000 kJ/kg y su densidad es de 0.75 g/cm3. La potencia desarrollada en las ruedas del automóvil es 22 kW.
a) Determine la eficiencia térmica del motor, en porcentaje, suponiendo que la combustión liberacompletamente el contenido de energía del combustible.
b) Determine el rendimiento del combustible en km/L y mi/gaL
2. Considere el problema 1, excepto que la generación de potencia es de 23 kW y el consumo de combustible es de 13 L durante 1.53 h.
a) Determine la eficiencia térmica.
b) Determine el rendimiento del combustible en km/L y mi/gal.
3. La planta de energía de unapequeña industria genera 11 600 kg/h de vapor de agua, y produce 3800 kW de energía. La planta consume 1450 kg/h de carbón, que tiene un contenido de energía de 29 000 kJ/kg.
a) Determine la eficiencia térmica global de la planta, en porcentaje
b) si la energía adicionada al vapor de agua, a partir de la combustión del carbón dentro de la unidad generadora de vapor, es igual a 2950kJ/kg, ¿qué fracción de la energía liberada del carbón se agrega al vapor?
4. Una planta de energía genera 310 000 kg/h de vapor de agua, y produce 95 000 kW de energía. La pianta consume 34 000 kg/h de carbón, que tiene un contenido de energía de 30 000 kJ/kg.
a) Determine en porcentaje la eficiencia térmica global de la planta.
b) Si la energía adicionada al vapor de agua, a partirde la combustión del carbón dentro de la unidad generadora de vapor, es igual a 2730 kJ/kg, ¿qué fracción de la energía liberada del carbón se agrega al vapor?
5. Un calentador central casero consume 3.4 L/h de combustible, cuya densidad es 0.88 g/cm3 y cuyo contenido de energía es 46 400 kJ/kg. El calentador transfiere 105 000 kJ/h de calor al aire interior. Determine la eficiencia deconversión de energía química a térmica, en porcentaje.
6. Considere el problema 5, excepto que el consumo de combustible es de 4.3 L/h y la unidad debe transferir 124 000 kJ/h de calor. Determine la eficiencia de conversión de energía química atérmica, en porcentaje.
7. Un motor de propulsión a chorro consume 60.0 kg/min de combustible, cuyo poder calorífico es 41 800 kJ/kg. La velocidaddel gas de descarga de la tobera del motor es 490 m/s. La relación de aire alimentado a aire consumido en base másica es 125:1.
a) Determine la eficiencia de conversión de energía química en energía cinética.
b) Determine la generación de energía equivalente de los gases de salida, en kilowatts.
c) Determine el empuje del motor, en newtons, si éste puede calcularse como el productodel flujo másico total por la velocidad de descarga.
8. Considere el problema 7, con los siguientes cambios: el motor consume 0.30 kg/s de combustible y la velocidad de descarga es 400 m/s.
a) Determine la eficiencia de conversión de energía química a energía cinética.
b) Determine la generación de energía equivalente de los gases de salida, en kilowatts.
c) Determine el empujedel motor, en newtons, si este puede calcularse como el producto del flujo másico total por la velocidad de descarga.
9. Considere un compresor de aire, cuyo consumo de energía es 4475 kW, movido por un motor de gas natural. Las unidades de compresor-motor eficientes en combustible pueden llegar a consumir 9050 kJ/h de energía proveniente del combustible, por kilowatt requerido. Suponga quela unidad opera 8600 h/año y que el contenido de energía del combustible es 37 000 kJ/mce (metros cúbicos a las condiciones normales o estándar)
a) Determine la eficiencia de energía del motor, es decir, el porcentaje de la energía alimentada que se utiliza para mover el compresor.
b) Si el combustible cuesta $150 por cada 1000 mee, determine el costo de operación anual.
c) Si una…