Ejercicios termodinámica

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1.Una máquina térmica opera entre una fuente a 477 °C y un sumidero a 25 °C. Si se 
suministra calor a la máquina térmica a una tasa constante de 65 000 kJ/min, determine 
la producción máxima de potencia de esta máquina térmica. 
 
2.Una máquina térmica trabaja en un ciclo de Carnot y tiene una eficiencia térmica de 75 por 
ciento. El calor de desecho de esta máquina se rechaza hacia un lago cercano a 60 °F, a razón 
de 800 Btu/min. Determine a) la producción de potencia de la máquina y b) la temperatura de 
la fuente. 
 
3.Una máquina térmica recibe calor de una fuente de calor a 1 200 °C, y tiene una eficiencia 
térmica de 40 por ciento. La máquina térmica realiza un trabajo máximo igual a 500 kJ. 
Determine el calor suministrado a la máquina térmica por la fuente de calor, el calor rechazado 
al sumidero térmico, y la temperatura del sumidero térmico. 
 
 
4.Una máquina térmica que opera en ciclo de Carnot tiene una producción medida de trabajo 
de 900 kJ, y un rechazo de calor de 150 kJ a un reservorio térmico a 27 C. Determine el calor 
suministrado a la máquina térmica por la fuente de calor, en kJ, y la temperatura de la fuente 
de calor, en C. 
 
5.Una máquina térmica opera en ciclo de Carnot, y tiene una eficiencia térmica de 75 por 
ciento. El calor de desecho de esta máquina se rechaza a un lago cercano, a 15 C, a razón de 14 
kW. Determine la salida de potencia del motor y la temperatura de la fuente, en °C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.Una planta eléctrica geotérmica usa agua geotérmica extraída a 150 °C a razón de 210 kg/s 
como fuente de calor, y produce 8 00 kW de potencia neta. El agua geotérmica de la planta 
contiene 90 °C. Si la temperatura del entorno es de 25 °C, determine a) la eficiencia térmica 
real, b) la eficiencia térmica máxima posible y c) la tasa real de rechazo de calor de esta planta 
eléctrica. 
 
7.Una planta termoeléctrica de 600 MW, que usa, para el proceso de enfriamiento, el agua de 
un río cercano, tiene una eficiencia térmica de 40 por ciento. Determine la tasa de 
transferencia térmica al agua del río. ¿La tasa real de transferencia será mayor o menor que 
este valor? ¿Por qué? 
 
En realidad, la cantidad de calor rechazada al río será menor ya que parte de la el fluido de 
trabajo perderá el aire circundante a medida que pasa a través de las tuberías y otros 
componentes. 
 
8.Una máquina térmica que bombea agua para extraerla de una mina subterránea acepta 700 
kJ de calor y produce 250 kJ de trabajo. ¿Cuánto calor rechaza, en kJ? 
 
9.Un motor de automóvil consume combustible a razón de 22 L/h y entrega a las ruedas una 
potencia de 55 kW. Si el combustible tiene un poder calorífico de 44 000 kJ/kg y una densidad 
de 0.8 g/cm*, determine la eficiencia del motor. 
 
10.Determine el trabajo mínimo, por unidad de transferencia de calor desde la fuente de calor, 
que se necesita para accionar una bomba de calor que opera con los depósitos de energía 
térmica a 273 K y 303 K. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11.Un inventor afirma haber desarrollado una bomba térmica que produce un efecto de 
calentamiento de 200 kW para una zona calentada a 293 K usando solamente 75 kW de potencia 
y una fuente de calor a 273 K. Justifique la validez de esta afirmación 
 
Dado que el COP real es menor que el COP máximo, el reclamo es válido. 
 
12.Una bomba térmica opera en un ciclo de bomba térmica de Carnot con un COP de 8.7. 
Conserva un espacio a 26 °C consumiendo 4.25 kW de potencia. Determine la temperatura del 
depósito del cual se absorbe el calor y la carga de calentamiento que suministra la bomba 
térmica. 
 
13.Un refrigerador debe quitar calor del espacio enfriado a razón de 300 kJ/min para mantener 
su temperatura a -8 °C, Si el aire que rodea al refrigerador está a 25 °C, determine la entrada 
mínima de potencia que se necesita para este refrigerador. 
 
 
 
 
 
 
 
14.Un inventor dice haber desarrollado un sistema de refrigeración que quita el calor de una 
región cerrada a -12 °C y lo transfiere al aire circundante a 25 °C manteniendo un COP de 6.5. 
¿Es esta afirmación razonable? ¿Por qué? 
 
El COP reclamado por el inventor es 6.5, que está por debajo de este valor máximo, por lo 
tanto El reclamo es razonable. Sin embargo, no es probable. 
15.Un sistema de acondicionamiento de aire se usa para mantener una casa a 70 °F cuando la 
temperatura exterior es de 100 °F. La casa gana calor a través de las paredes y las ventanas a 
razón de 800 Btu/min, y la tasa de generación de calor dentro de la casa por las personas, las 
luces y los aparatos domésticos es de 100 Btu/min. Determine la mínima entrada de potencia 
que se necesita para este sistema de acondicionamiento de aire. 
 
16.Una bomba de calor se usa para mantener una casa a 22 °C extrayendo calor del aire 
exterior un día en el que la temperatura del aire exterior es de 2 °C. Se estima que la casa 
pierde calor a razón de 110 000 kJ/h, y la bomba de calor consume 5 kW de potencia eléctrica 
para operar. ¿Esta bomba es suficientemente potente para hacer este trabajo? 
 
Esta bomba de calor es lo suficientemente potente como 5 kW> 2.07 kW. 
17.Un refrigerador completamente reversible opera entre depósitos de energía a 450 °R y 540 
°R. ¿Cuántos kilowatts de potencia se necesitan para que este dispositivo produzca un efecto 
de enfriamiento de 15 000 Btu/h? 
 
18.Un refrigerador que opera en ciclo de Carnot invertido tiene una entrada medida de trabajo 
de 200 kW y un rechazo de calor de 2 000 kW a un depósito térmico a 27 C. Determine la carga 
de enfriamiento suministrada al refrigerador, en kW, y la temperatura de la fuente de calor, en 
C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19.Se usa, operando a plena carga, un acondicionador de aire Split de 18 000 Btu/h, para 
mantener una habitación a 22 °C en un entorno de 33 °C. El suministro de potencia al 
compresor es 3.4 kW. Determine a) la tasa de calor rechazado en el condensador, en kJ/h, b) el 
COP del acondicionador, y c) la tasa de enfriamiento, en Btu/h, si el acondicionador operase 
como refrigerador Carnot para el mismo suministro de potencia. 
 
20.Un refrigerador Carnot absorbe calor de un espacio a 15 °C a razón de 16 000 kJ/h, y 
rechaza calor a un depósito a 36 °C. Determine el COP del refrigerador, la entrada de potencia 
en kW y la tasa de calor rechazado al depósito de alta temperatura, en kJ/h.