CICLOS DE POTENCIA DE GAS775 774 TERMODINÁMICA ;. J5.16. Btu/ciclo. (c) el volumen al final de la expansión isoterma y al final de la expansión exp isoentrópica. en ft~\) la relación de compresión, y (e) \¿ presión ledia efectiva para el dispositivo alternativo, en psi. CICLOS OTTO, DIESEL Y DUAL * 15.9. La relación de co-npresion de un ciclo Otto es 8:1. Antes de comenzar ' ' la carrera de compresión en el ciclo ia presión es 0,98 bar y ia temperatura 27 °C. El calor suministrado al aire en cada ciclo es 1.430 kj/k£. Utilizando los datos de la Tabla A.5. determínese (a) la presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva, en bar. y (d) el flujo volumétrico de aire, en m 3 /min, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir 120 kW. 15.10. 15.11. : Considérese un ciclo Otto de aire estándar que tiene una relación de compresión de 8,3 "y al que se le suministra una cantidad de calor de 1.456 kJ/kg. Si la presión y ía temperatura al comienzo dei proceso de compresión son 0,095 MPa y 7 "C. determínese utilizando ios valores de la Tabla A.5 (a) la presión y temperatura máximas del ciclo, (b) el trabajo neto obtenido, en kJ/kg. (c) el rendimiento térmico, y (d) la presión media efectiva en megapascaies. Considérese un ciclo Otto de aire estándar que tiene una relación de compresión de 8,0 y al que se le suministra una cantidad de calor de 1.188 kJ/kg. Si ia presión y la temperatura al comienzo del proceso de compresión son 0,098 MPa y 27 °C, determínese utilizando los valores de la Tabla A.5 (a) las presiones y temperaturas en el ciclo, (¿>) el trabajo neto de salida en kJ/kg. (c) el rendimiento térmico, y (d) la presión media efectiva en MPa. Considérese de nuevo el ciclo Otto del Problema 15.9. Determínese (a] la exergía del aire en el sistema cerrado al final de la expansión isoentrópica. en kJ/kg. si 70 = 27 °C y P0 = 0.98 bar, y (b) la relación entre esta exergía y el trabajo neto d; salida del ciclo. Considérese de nuevo el ciclo Otto del Problema 15.12. Determínese (a] ia exergía del aire en e] sistema cerrado al final de la expansión isoentrópica en kJ/kg, si T0 = 22 °C y P0 = 0.095 MPa. y (b) la relación entre esta exergía y el trabajo neto áz salida del ciclo. ^ 15.17. 15.18. Resuélvase el Problema 15.9 utilizando un ciclo de aire estándar fríe con las capacidades térmicas específicas evaluadas a 300 K. La relación de compresión de un ciclo Otto es 8:1. Antes de comenzar la carrera de compresión en el ciclo la presión es 0,98 bar y la temperatura 27 °C. Durante e! suministro de calor el valor de P-,IP- es 2.90. Utilizando los datos de ia Tabla A.5, determínese (a) la presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo, (b) el rendimiento térmico, (o la presión media efectiva, en bar, y (d) el flujo volumétrico de aire, en m j /mm, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir 120 kW. 15.19. Considérese de nuevo el ciclo Otto del Problema 15.16. Determínese (a.} ia exergía del aire en el sistema cerrado al final de la expansión isoentrópica en kJ/kg. si !„ = 7 °C y />„ = 0,095 MPa, y (b) la relación a 15.12. En un ciclo Otto de aire estándar, el aire se encuentra a 0,095 MPa \2 °C al comenzar la carrera entre de compresión, y el cilindro esta exergía y volumen el trabajo del neto de salida del ciclo. es 2.800 cm3. La relación de compresión es 9, y en el proceso de suministro de calor se transfieren 4.30 Id. Utilizando los valores de la Tabla " A.5. determínese (a) la temperatura y la presión al final de los procesos de suministro de calor y de expansión, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva, y (d) el flujo volumétrico de aire, en nrYmin, medido en las condiciones existentes ai comenzar la compresión, necesario para producir una potencia de 120 kW. 15.13. Resuélvase el Problema 15.12 utilizando un ciclo de aire estándar fríe con las capacidades térmicas específicas evaluadas a 300 K. 15.211. La relación de compresión de un ciclo Otto es 8:1. Antes de comenzar la carrera de compresión en el ciclo la presión es 14,5 psia y ja temperatura 80°F. El calor suministrado al aire es 888 Btu/lbm por'ciclo. Utilizando los datos de la Tabla A.51. determínese (a) la presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo, (¿?) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva, en psi, y (d) el flujo volumétrico en fWmin, medido en las condiciones existentes al comenzar ía compresión, necesario para producir 110 hp. En un ciclo Otto de aire estándar, et aire se encuentra a 14,0 psia y 80 °F al comenzar la carrera de compresión, y el volumen del cilindro es 0,20 ft3. La relación de compresión es 9, y en el proceso de suministro de calor se transfieren 9.20 Btu. Utilizando los valores de la Tabla A.5I. determínese (a) la temperatura y la presión al final de los procesos de suministro de calor y de expansión, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva en psi, y (d) el flujo volumétrico de aire, en ft3/min, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir una potencia de 120 hp. Un ciclo Otto de aire estándar funciona con una relación de compresión de 8,50, y el aire al comienzo de la compresión se halla a 14.5 psia y 90 °F. La presión se triplica en el proceso de suministro de calor. Utilizando la tabla A.5I, determínese (a) las temperatuí is en el ciclo, en grados Rankine, (A) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva en psi, y (d) el rendimiento térmico de un motor de Camot que funcionase entre los mismos límites de temperatura. 15.20. 1^.221. 15.14. En un ciclo Otto de aire estándar, el aire se encuentra a 0.095 MPa y 22 °C ai comenzar la carrera de compresión, y el volumen del cilindro es 2.800 ctrr. La relación de compresión es 9, y en el proceso de suministro de calor se comunican 3,54 Id. Utilizando los valores de la Tabla A..5, determínese (a) la temperatura y la presión al final de los procesos de suministro de calor y de expansión, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva, y (d) el flujo volumétrico de aire, en m3/min. medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir una potencia neta de 110 kW. 4j 15.15. Uncido Otto de aire estándar funciona con una relación de compresión de 8,55, y el aire al comienzo de la compresión se halla a 98 kPa y 32 °C. La presión se triplica en el proceso de suministro de calor. Utilizando la tabla A.5, determínese (ü) las temperaturas en el ciclo, en kelvin, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva en kPa, y (d) el rendimiento térmico de un motor de Carnot que funcionase .: . . entre los mismos límites de temperatura. 15.231. 0 y rJ que se le suministra un¿i cantidad de calor de S23 Btu/lb^.391.371. !í. Úsese la Tabla A.5I.10 MPa. Determínese (a) la exergía del aire en el sistema cerrado al final de la expansión isoentrópica en Btu/lb.84. determínese utilizando ios valores de la Tabia A. necesario para producir una potencia de 200 kW. en Btu/lbra.659 kJ/kg de calor por ciclo.5.5I. Determínese (a) la presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo. medido en las condiciones existentes al comenzar ia compresión. 0. 15. y (b) la relación entre esta exergía y el trabajo neto de salida del ciclo.60 kJ.95 bar y 3.80 L. (b) Ja temperatura ai final del proceso de compresión.250 K. en kelvin. - ' 15. y el combustible se inyecta en el 10 por 100 de la carrera.271. y (e) el trabajo neto.5 psia.5.381.30. respectivamente. La temperatura y presión a! comienzo de la compresión son 37 °C y 0. Utilícense los valores de la Tabla A. A un ciclo Diesel de aire estándar se le suministran 724 Btu/lbm de calor por ciclo. (b) la presión máxima en bar.361. Considérese de nuevo el ciclo Diesel del Problema 15. y (d) el flujo volumétrico de aire. AI comienzo de la compresión el volumen de! cilindro es 3.095 MPa y 27 °C. y la presión después de la compresión es 540 psia.5 psia..32.95 bar. en JcJ/kg. Utilícese la Tabla A. . 14.8 y una relación de corte de 2. Determínese (a) la exergía del aire en el sistema cerrado al final de la expansión. 15. (c) la relación de corte. ' 15. Considérese de nuevo el cicio Ouo del Problema li.5.08:1. determínese (a) la relación de corte. Considérese de nuevo el ciclo Diesel del Problema 15. 15. (b) la temperatura antes y después de suministrar el calor a presión constante. 0. y (b) la relación entre esta exergía y el trabajo neto de salida de) ciclo. en MPa. (6) la presión después de la expansión isoentrópica. El calor suministrado al ciclo es 6. en kPa. y (fe) la relación entre esta exergía y el trabajo neto de salida del cicio. si 7~0 = 60 °F y P0 = 14. y (b) la relación entre esta exergía y el trabajo neto de salida del ciclo. Determínese (a) la presión al finalizar el suministro ie calor a volumen constante. 15. Un ciclo dual de aire estándar funciona con una relación de compresión de 15:1. y (b) 2. (e) la presión después de la expansión isoentrópica. Determínese (a) la temperatura máxima del ciclo. La temperatura y presión al comienzo de la compresión son 100 3F y 14. La presión y ia temperatura del aire que entra al ciclindro son 98 kPa j 17°C. en grados Rankine. Las condiciones de entrada a un cicio Diesel de aire estándar que funciona con una relación de compresión de 15 son 14. y el suministro de 7.4 psia y 60 °F. en psia. A un ciclo Diesel de aire estándar se le suministran 1. si ro = 60 = F y P0 = 14.5 psia.0 psia. y (2) la relación entre esta exergía y el trabajo neto de salida del ciclo para los apañados a y b. y (d) el rendimiento térmico. y (e) el flujo volumétrico de aire... y Id) ia presión media efectiva en psi. en grados Rankine. en kelvin. : .776 TERMODINÁMICA CICLOS DE POTENCIA DE GAS 777 Considérese un ciclo Ouo de aire estándar que tiene una relación de compresión de 9. La presión y la temperatura al comienzo de la compresión son 1 bar y 27 °C. Utilícense los valores de la Tabla A. si T0 = 17 °C y P0 = 0. y (b\a relación entre esta exergía y el trabajo neto de salida del ciclo. Un ciclo Diesel de aire estándar funciona con una relación de compresión de 14.7 y una relación de corte de 2.60 MPa. Determínese (a) la relación de compresión. (c) la temperatura después de la expansión isoentrópica.31. respectivamente. 15.5 kJ de calor al sistema tiene lugar en un proceso a presión constante. en kelvin. en bar. Las condiciones de entrada a un ciclo Diesel de aire estándar que funciona con una relación de compresión de 15:1 son 0.0 psia. La relación de corte es (a) 2. Si la presión y ]a temperatura al comienzo dei proceso de compresión son 14. en kelvin. en megapascales. 15. Determínese (a] ia exergía del aire en el sistema cerrado al final de la expansión isoentrópica. 15. respectivamente. en Bm1bm.261. 15.5I.40.30. Determínese (a) la exergía del aire en el sistema cerrado al final de la expansión isoentrópica en kJ/kg.. (b) la presión después de la expansión isoentrópica. y (e) e] flujo volumétrico de aire. (c) el rendimiento térmico. respectivamente. ~S.28. y la presión después de la compresión es 3.351. si 7"0 = 80 °FyP c = 14. Considérese de nuevo el ciclo Diesel del Problema 15. en mj/kg. en bar. Determínese (c) la relación de compresión. y (2) el rendimiento térmico y la presión media efectiva.. necesario para producir 200 kW. (Ci A rendimiento leruücc. 15. respectivamente. respectivamente.221.0. Considérese de nuevo el ciclo Diesel de! Problema 15. (d) la presión después de la expansión isoentrópica. y (b) el rendimiento térmico y ¡a presión media efectiva. 15.2.80 L. Si la temperatura máxima del ciclo es 2.4 psia. = 14.351. ffl) la exergía del aire en el sistema cerrado a) final de ¡a expansioisoentrópica. Las condiciones al comienzo de la compresión son 17 °C. Determínese (1) la exergía del aire en el sistema cerrado al final de la expansión isoentrópica en Btu/lb..10 MPa. Determínese (1) la presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo.34. (c) ia relación de corte. en Btu/lb. Un ciclo Diesel de aire estándar tiene una relación de compresión de 15.211. 15. en kJ/ke. si Ta = 17 °C y P0 . (b) ¡a temperatura máxima del ciclo.M (o) e! trabajo neto ooten.0 psia y 80 °F. Determínese (a) la temperatura máxima del ciclo.I.. Determínese (o) ¡a relación de corte. en kJ/kg. necesario para producir 150 hp.0. Considérese de nuevo el ciclo Otio de! Problema 15. un tercio del cual se suministra a volumen constante y e! resto a presión constante. (d) el calor suministrado. Utilícese la Tabla A.361.. medido en las condiciones existentes al comenzar ia compresión.241. (d) la presión después de la expansión isoentrópica.33. Considérese de nuevo el ciclo Otto del Problema 15. y (c) el calor suministrado por ciclo. en Btu/lb^. si Tc = 80 °F y P¡. Determínese (a) la exergía del aire en el sistema cerrado al final de la expansión isoentrópica. en psia. Un motor funciona según un ciclo Diesel con una relación de compresión de 15:1.95 bar y 17 °C. (W la temperatura máxima del ciclo. Determínes.29. Utilícese la Tabla A. isoentrópica en kJ/kg. en Btu/lbm. . <cí el calor suministrado por ciclo. La presión y la temperatura al comienzo de la compresión son. Un ciclo Diesel de aire estándar funciona con una relación de compre'sión de 16. 15.0 psia y 40 °F. y (d) la presión media efectiva.dü.. medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión. y (b) la relación entre esta exergía y el trabajo neto c: salida del ciclo.5I ía'i li presión > temperaruríi máximas dei ocie. si Tc ~ 40 °F y P^~ 14. La presión y ia temperatura al comienzo de la compresión son. en kelvin. 1 15. (b) el rendimiento térmico. 15.49. del que un tercio se suministra a voiumen constante y el resto a presión constante. Las condiciones a] comenzar la compresión son 60 °F y 14. El caior total suministrado es 800 Btu/lb^. y (c) el flujo volumétrico necesario. (b) la temperatura.5.5 para los valores del aire. y las condiciones de entrada al compresor son 0.46. determínese (a) la relación de acoplamiento. (b) el rendimiento ténnico.5 Bru.6 psia y 230 in3. en bar.200 K. y la temperatura límite de entrada a la turbina es 807 °C. en kelvin. 15.68 MPa.0 id.0. Para los valores del aire utilícese la Tabla A. v (c) la presión inedia efectiva en bar. Utilícese la labia del aire. y (c) el trabajo neto de salida. ' 5. 15X2. antes y después del proceso de suministro de calor a presión constante. Determínese (a) ¡a presión al finalizar el suministro de caior a volumen constante. Utilícese la Tabla A. y (J) el fiuio volumétrico a la entrada del compresor.54. determínese (a) e! trabajo neto obtenido y el calor suministrado en kJ/kg. Para los valores del aire utilícese la Tabla A.200 K.5 psia.451. Un ciclo ideal de potencia de turbina de gas funciona con aire entre unas temperaturas extremas de 22 CC y 747 °C. y el flujo másico es 4 kg/s. y (d) el rendimiento térmico.10 MPa y 27 °C. el aire entra al compresor en unas condiciones de 300 K y 100 kPa. Determínese (a) ia presión a] finalizar el suministro de calor a volumen constante. (fc) el calor suministrado. Determínese (a) la temperatura. El calor suministrado al ciclo es 7.80 L. en kJ/kg. Utilícense los valores déla tabla del aire para el análisis del ciclo ideal.000 kW. en kJ/kg.5.53. y las condiciones de entrada son 1.25. CICLO ABIERTO IDEAL Y NO IDEAL DE TURBLNA DE GAS 15. Una planta de potencia de turbina de gas funciona según un ciclo de aire estándar entre las presiones extremas de 0.52. ^ Un ciclo Brayton de aire estándar funciona con una relación de presiones de 7.6 MPa. (¿) el rendimiento térmico. (c) la temperatura después de la expansión isoentrópica. El caior total suministrado es 1. La relación de presiones en un ciclo Brayton de aire estándar es 7.78. y (c/) ei rendimiento térmico.77S TERMODINÁMICA CICLOS DE POTENCIA DE GAS 779 15. El caior total suministrado es 1. del que ei 30 por 100 se suministra a voiumen constante y ei resto a presión constante.260 K. y (c) el rendimiento térmico del ciclo ideal.5. 15.441. en kJ/kg. y (b) el trabajo neto. en kJ/kg. en función de la relación de presiones. Un ciclo dual de aire estándar funciona con una relación de compresión de 15:1. Determínese ia) la temperatura a! final de cada uno de los procesos del ciclo.1 y 0. Un ciclo dual de aire estándar funciona con una relación de compresión de 14:1. en kW. Las condiciones al comenzar la compresión isoentrópica son 80 °Fy 14. y (c) la potencia neta desarrollada.500 K.480 kJ/kg.2:1. para obtener una potencia neta de salida de 1. en kelvin. La temperatura de entrada a la turbina está limitada a 827 °C. para unos valores de esta relación de 4. calcúlese mediante un programa de ordenador y dibújese (a) el rendimiento térmico. en kJ/kg.5 kg/s.43. en kJ/kg. antes y después del proceso de suministro de calor a presión constante. y (b) el rendimiento térmico para un intervalo de la relación de presiones desde 4 hasta 14 en intervalos de 2. en kJ/kg. 0. (b) el rendimiento térmico del ciclo ideal. 15.4 bar. Calcúlese mediante un programa de ordenador y hágase una representación gráfica de (a) el rendimiento térmico. Si el flujo volumétrico de aire a la entrada es de 30 nrYmin.48. 15. y el flujo másico es 3. del que una tercera parte se suministra a volumen constante }• el resto a presión constante. en intervalos de 100 grados. y la de entrada a la turbina 1. '5. (c) la potencia neta de salida.47. Determínese ¡¡71 la temperatura al final de cada uno de ío* procesos de] cicio. 15. / 15. 6.07. y (c) la potencia neta si el flujo volumétrico a la entrada del compresor es 4. Determínese (a) el trabajo del compresor y de la turbina. en grados Rankine. Las condiciones ai comenzar ia compresión son 17°C. Utilizando ios valores de la Tabla A. y la temperatura límite de entrada a la turbina es 747 °C. La temperatura de entrada es 22 °C. y (c) la potencia neta obtenida. 7 2 v 14. en m3/min. (b) el rendimiento térmico. en nrYmin. (b) el rendimiento térmico. en k\V. en kilovatios.50. (c) la potencia neta de salida.180K. y una relación de presiones de 5. al fina! de cada uno de los procesos del ciclo. Calcúlese utilizando un programa de ordenador y hágase una representación gráfica de (a) el trabajo neto. y (c) la presión media efectiva en bar. (b) el rendimiento térmico. v (d) el flujo volumétrico a la entrada del compresor. Una planta de potencia de turbina de gas funciona según un ciclo de aire estándar entre unas presiones extremas de 1 y 6. en kg/min. y la relación de presiones es de 7:1.00. Para unas temperaturas de entrada a la turbina desde 900 hasta 1. en grados Rankine. Un ciclo dual de aire estándar funciona con una relación de compresión de 15:1. La temperatura de entrada al compresor es 17 °C. en kW. Una planta de potencia de turbina de gas fija tiene unas temperaturas máxima y mínima del ciclo de 827 y 27 °C. (b) la relación de acoplamiento. (b\a temperatura. Un ciclo Brayton ideal funciona entre las temperaturas extremas de 290 y 1. Determínese (a) el trabajo del compresor y de la turbina. 15. La temperatura de entrada a la turbina está limitada a 1. Obténgase (a) la relación entre el trabajo de compresión y el trabajo de la turbina.1 y 0. La relación de presiones en un ciclo Brayton de aire estándar es 4.2:1.95 bar y 3.8 m'/s. (c) la temperatura después de ia expansión isoentrópica. si el flujo volumétrico a la entrada al compresor es 3. Una planta de potencia de turbina de gas funciona según un ciclo de aire estándar a unas presiones extremas de 0.470 kJ/kg. Las condiciones ai comenzar la compresión isoentrópica son 27 °C y 96 kPa.. Calcúlese (a) el trabajo neto obtenido.5. del que ia cuarta pane se suministra a voiumen constante y el resto a presión constante. 15. (b) el rendimiento térmico. l l . El caior suministrado al ciclo es 6.41. . 9. En un ciclo Brayton. de los que ia cuarta partt se suminisíra a volumen constante v el resto a presión constante. Calcúlese (a) el trabajo neto de salida. un ciclo dual de aire estándar funciona con una relación de compresión de 14:1. Un ciclo dual de aire estándar funciona con una relación de compresión de 14:1. y (c) la presión media efectiva.4 m3/s. Las condiciones ai comenzar ía compresión isoentrópica son 27 °C y 96 kPa. (b) el rendimiento ténnico si el ciclo es ideal. una presión de entrada de 96 kPa y unas temperaturas mínima y máxima de 300 y 1.0 bar y 17 °C.05. La temperatura de! aire a !a entrada es 22 °C.51.