Departamento de Ciencias BásicasCalle Plan del Pino, Cantón Venecia, Soyapango, San Salvador, El Salvador e-mail: [email protected] Página web: http://sites.google.com/site/gradienteorico/ CICLOS DE POTENCIA DE GAS TERMODINÁMICA I DISCUSIÓN 71 § CICLOS DE AIRE ESTANDAR. 1. Un ciclo de aire estándar se ejecuta en un sistema cerrado y está compuesto de los siguientes cuatro procesos: 1-2 compresión isentrópica de 100 kPa y 27°C a 800 kPa 2-3 Adición de calor a volumen constante hasta 1800 K 3-4 Expansión isentrópica hasta 100 kPa 4-1 Rechazo de calor a presión constante hasta el estado inicial a) Muestre el ciclo en un diagrama P-v b) calcule la salida neta de trabajo por unidad de masa c) Determine la eficiencia térmica 2. Un ciclo de aire estándar se ejecuta en un sistema cerrado y se compone de los siguientes cuatro procesos: 1-2 compresión isentrópica de 100 kPa y 27°C a 1MPa 2-3 Adición de calor a presión constante en la cantidad de 2800 kJ/kg 3-4 Rechazo de calor a volumen constante hasta 100 kPa 4-1 Rechazo de calor a presión constante hasta el estado inicial. a) Muestre el ciclo en un diagrama P-V b) Calcule la temperatura máxima en el ciclo R// 3365.3 K c) Determine la eficiencia térmica R// 21% Nota: Suponga calores específicos constantes: Cp y Cv 1.005 y 0.718 respectivamente 3. Un ciclo de aire estándar se ejecuta en un sistema cerrado con 0.004 kg de aire y consiste de los siguientes tres procesos 1-2 compresión isentropica de 100 kPa y 27°C hasta 1 MPa 2-3 Adición de calor a presión constante en la cantidad de 2.76 kJ 3-1 rechazo de calor a 𝑃 = 𝑐1 𝑣 + 𝑐2 hasta el estado inicial . a) Muestre el ciclo en un diagrama P-v b) Calcule el calor rechazado R// 1.679 kJ c) Determine la eficiencia térmica R// 39.2% Nota : Suponga calores específicos constantes a temperatura ambiente 1 Para los ciclos de aire estándar, Carnot, Otto y Diésel resuélvalos utilizando la suposición de aire estándar frio. (calores específicos constantes a temperatura ambiente) 1 392 kJ 5. en m3/kg. a) La presión al final de la compresión isotérmica b) La temperatura de la fuente térmica que suministra el calor.4 MPa. determine a) la presión mínima del ciclo. El calor suministrado a un ciclo de Carnot de aire estándar que funciona entre 300 K y 1100 K es 150 kJ/kg. K . 53.3 bar. ambos en m3/kg d) El rendimiento térmico e) La relación de compresión 7. R// 0. y la producción neta de trabajo es de 100 kJ/kg . determine la producción neta de trabajo. Considere un ciclo de Carnot ejecutado en un sistema cerrado con 0.10 y 17. Se le pide determinar: a) La presión máxima del ciclo b) la presión. después del suministro de calor a temperatura constante y después de la expansión isentrópica d) rendimiento térmico e) La relación de compresión 8. Un ciclo de Carnot de aire estándar cede una cantidad de calor de 100 kJ/kg a un sumidero de calor que se encuentra a 300 K. respectivamente. b) el rechazo de calor en el ciclo. después de la compresión isotérmica c) La relación de compresión 2 . Los límites de temperatura del ciclo son de 300 y 900 K. Suponiendo calores específicos constantes.5 kJ/kg. si el decremento de entropía durante el proceso de rechazo de calor isotérmico es de 0. Considere un ciclo Carnot ejecutado en un sistema cerrado con aire como fluido de trabajo. Las presiones mínima y máxima en el ciclo cerrado son 0. 87. Un ciclo de Carnot de aire estándar de un sistema cerrado recibe 150 kJ/kg en forma de calor desde una fuente térmica a 960 K. Se le pide determinar. y las presiones mínimas y máximas que ocurren durante el ciclo son 20 y 2000 kPa. en kJ/kg c) la eficiencia térmica del ciclo. Las presiones mínima y máxima del ciclo son 1 y 69.3% 6. respectivamente. § CICLOS DE CARNOT 4. La presión mínima del ciclo es 1 bar.2 kPa. en kelvin c) Los volúmenes específicos después de las compresiones isotérmicas e isentropicas. en kelvin c) los volúmenes específicos. Se le pide determinar: a) La presión después del suministro de calor a temperatura constante b) La temperatura a la que se cede el calor.25 kJ/kg. en bar.003 kg de aire. La presión máxima en el ciclo es de 800 kPa y la temperatura máxima es de 750 K. (Use calores específicos constantes) R// 23. 591 kJ c) la eficiencia térmica R// 59. R// 258 g/kwh 12.50 L. R// 653. el aire está a 100 kPa. La relación de compresión de un ciclo Otto de aire estándar es de 9. T1 es de 27°C y V1 es de 0. con una constante politropica de 1.110 y Cv= 0.8 kPa 11. La relación aire combustible. y la presión máxima en el ciclo es de 8 MPa. El fluido de trabajo de un motor térmico de Carnot es una masa de 0. La temperatura de la fuente térmica de alta es 800 K.9.5.4 % d) La presión media efectiva. Un ciclo de otto ideal tiene una relación de compresión de 7. determinar: a) la temperatura más alta y la presión más alta del ciclo R// 1968. Usando calores específicos constantes a 850 K (Cp= 1.8% c) la presión media efectiva R// 955. También calcule la eficiencia térmica y la presión media efectiva para este ciclo. calcule el rechazo de calor y la producción neta de trabajo. La temperatura máxima del ciclo es 1 127°C. para cada repetición del ciclo. El aire está a 100 kPa y 60°C al inicio del proceso de compresión. opera en un ciclo Otto con una relación de compresión de 10. la presión mínima del ciclo es 1 bar y el volumen después del suministro de calor a temperatura constante es 0. se le pide: a) EL rendimiento térmico b) El calor cedido en kJ c) La presión máxima del ciclo en bar d) La relación de compresión §CICLO DE OTTO 10.3. Durante el proceso de cesión de calor a una temperatura constante de 350 K el volumen disminuye hasta la mitad.1 K b) la producción neta de trabajo (por unidad de masa) y la eficiencia térmica R// 820. de 2. use calores específicos constante a temperatura ambiente. definida como la cantidad de aire dividida entra la cantidad de combustible admitida es 16.010 kg de nitrógeno. Al inicio del proceso de compresión P1 es de 90 kPa .2 L.823). determinar: a) la temperatura al final del proceso de expansión R// 1335. Los procesos de compresión y expansión pueden modelarse como politropicos.7 K b) la cantidad de calor transferido al fluido de trabajo R// 0. La temperatura al final de proceso de expansión isentrópica es de 800 K .9 kJ/kg y 49. 3 .8 rev/min e) El consumo especifico de combustible. 35°C y 600 cm3. Un motor de gasolina de cuatro cilindros y cuatro tiempos.004 m3. en g/kWh. antes del proceso de compresión isentrópica.1 kPa d) el número de revoluciones por minuto en el motor para una producción de potencia neta de 70 kW R// 4012. definido como la relación de la masa de combustible consumido al trabajo neto producido (mTwneto). Un ciclo Diesel tiene una relación de compresión de 18 y una relación de cierre de admisión de 1.823.3 K y Q= 227. de dos tiempos. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente (1 hp=0.301 4 .110 y Cv= 0. determine cuanta potencia entregara el motor a 1500 rpm R// 49. y el estado del aire al inicio de la compresión es 95 kPa y 17°C. opera en un ciclo ideal Diesel con una relacion de compresion de 17. una relacion aire-combustible de 24 y una eficiencia de combustion del 98%.2. Determine la temperatura máxima del aire y la tasa de adición de calor a este ciclo cuando produce 200 hp de potencia.5% b) La presión efectiva media. determine: a) La temperatura maxima del ciclo y la relacion de cierre de admision b) La produccion neta de trabajo por ciclo y la eficiencia termica c) La presion media efectiva d) La produccion neta de potencia e) El consumo especifico de combustibl e. Suponga calores específicos constante para el aire a temperatura ambiente.2 kJ/kg c) la eficiencia térmica. R/764. Las temperaturas mínima y máxima en el ciclo son 295 y 1240 K.5. Un ciclo Brayton simple que usa aire como fluido de trabajo tiene una relación de presiones de 10. El aire está a 95 kPa y 55°C al inicio del proceso de compresion y la velocidad de rotacion del motor es de 2 000 rpm. R// T= 1382.5 L. R// 933. de 2. El aire está a 55°C y 97 kPa al principio del proceso de compresión. § CICLO BRAYTON 17. Usando las suposiciones de aire estándar frio.6 kW 16. Suponiendo una eficiencia isentrópica de 83% para el compresor y 87% para la turbina y calores específicos variables para el aire. Un motor de ignicion por compresion de seis cilindros. definido con la relacion de la masa de combustible consumido al trabajo neto producido.6 kPa 15. determinar: a) La temperatura del aire a la salida de la turbina. determine: a) La eficiencia térmica R// 63. Si la temperatura máxima en el ciclo no ha de exceder 2 200 K. R// 0.349). cuatro tiempos. Un motor ideal Diesel tiene una relación de compresión de 20 y usa aire como fluido de trabajo.4 L. en g/kWh. 4. El motor usa diesel ligero con un poder calorifico de 42 500 kJ/kg.46 K b) La producción neta de trabajo en kJ/kg R/ 210. k=1.746 kW). que opera en un ciclo ideal Diesel tiene una relación de compresión de 17 y una relación de cierre de admisión de 2. Un motor diesel de cuatro cilindros. El estado del aire al principio del proceso de compresión es 95 kPa y 20°C.3 kW 14. Usando calores especificos constante a 850 K (Cp= 1. § CICLO DIESEL 13. una temperatura de entrada al compresor de 300 K y una temperatura de entrada a la turbina de 1000 K. como fluido de trabajo en un ciclo Brayton ideal simple que tiene una relación de presiones de 12. determine: a) La cantidad de calor que se transfiere al regenerador b) La eficiencia térmica Nota: Suponga calores específicos variables para el aire. suponiendo que tanto el compresor como la turbina tienen una eficiencia isentrópica de a) 100% b) 85% § CICLO BRAYTON CON REGENERACION 19. para una eficiencia de la turbina del 90%. Entra aire al compresor de un ciclo regenerativo de turbina de gas. Un ciclo de Brayton con regeneración que usa aire como fluido de trabajo tiene una relación de presiones de 7. suponiendo una eficiencia isentropica de 75% para el compresor y de 82% para la turbina. Las temperaturas mínimas y máximas ene l ciclo son 310 y 1150 K. El aire entra al compresor a 95 kPa y 290 K y a la turbina a 760 kPa y 1100 K. Se usa aire con calores específicos constantes. determine el flujo másico de aire necesario para una producción neta de potencia de 70 MW. 5 . El regenerador tiene una efectividad de 80%. y el aire entra a la turbina a 1400 K.18. y una efectividad de 65 % para el regenerador y asumiendo calores específicos variables. se transfiriere calor al aire de una fuente externa a razón de 75 000 kJ/s. y se comprime a 900 kPa y 650 K. determine: a) La temperatura del aire a la salida de la turbina b) La producción neta de trabajo c) La eficiencia térmica 20. Una planta eléctrica de turbina de gas opera estacionariamente en un ciclo Brayton regenerativo ideal (e= 100%) con aire como fluido de trabajo. determine la potencia que produce esta planta. a 310 K y 100 kPa. asumiendo: a) calores específicos constantes b) calores específicos variables 21.