GUIA DE EJERCICIOS. EJERCICIOS. CICLOS TERMODINAMICOS TERMODINAMICOS
Problema 1. En un ciclo termodinámico con aire inicialmente a 100 kPa, 27 C y 0,86 m 3/kg, e !reentan lo iguiente !roceo" el !roceo 1#2 e una com!rei$n ientr$!ica %ata 27& kPa' el !roceo 2#3 e un calentamiento a !rei$n contante %ata 1200 ( y 1,2& m3/kg' el !roceo 3#) e un en*riamiento a +olumen contante %ata 100 kPa y el !roceo )#1 e un en*riamiento a !rei$n contante %ata el etado inicial. a -ibue lo diagrama P# y # del ciclo, b -etermine la cantidad de calor uminitrado y la !roducci$n neta de trabao, c Calcule la e*iciencia trmica, d -etermine la e*iciencia de un motor trmico de Carnot ue o!ere entre la tem!eratura má4ima y m5nima del ciclo. Problema 2. El aire a la entrada de un ciclo de tto cuya relaci$n de com!rei$n e 8"1 e encuentra a 0,8 bare y 27C. e uminitran 1)30 k/kg de calor. -etermine a la !rei$n y la tem!eratura al *inal de cada uno de lo !roceo del ciclo' b la e*iciencia trmica' c la !rei$n media e*ica9 del ciclo' el gato +olumtrico +olumtrico del aire, medido a la condicione de comien9o de la com!rei$n, neceario !ara !roducir 80 :P. Problema 3. Para un ciclo tto con 8,3 de relaci$n de com!rei$n y 1213 k/kg de uminitro de calor, determine a la !rei$n y la tem!eratura má4ima del ciclo, b la !roducci$n de trabao neto' c la e*iciencia trmica, y d la !rei$n media e*ica9. Conidere ue la !rei$n y la tem!eratura al comien9o del !roceo de com!rei$n con 0,0& ;Pa y 7C. Problema ). < un ciclo tto de aire con una relaci$n de com!rei$n de 8,3 e le uminitran 1)&6 k/kg de calor. -etermine" a la di!onibilidad del itema cerrado de aire al *inal de la e4!ani$n ientr$!ica, i o=7C y Po=0,0& ;Pa, y b el cociente de eta cantidad de di!onibilidad entre la alida neta de trabao del ciclo. Conidere ue el aire etá a 0,0& ;Pa y 7C al comien9o de la com!rei$n. Problema &. >n ciclo dieel de aire o!era con una relaci$n de com!rei$n de 1&"1 y e le uminitran 7,& k de calor. Calcule a la !rei$n y la tem!eratura al *inal de cada uno de lo !roceo del ciclo, y b la e*iciencia trmica y la !rei$n media e*ica9 del ciclo. na !lanta de !otencia de turbina de ga o!era eg@n un ciclo de aire entre 0,1 y 0,6 ;Pa. El aire entra al com!reor a 17C y llega a la turbina a 1080 (. Calcule' a el trabao, b el calor uminitrado, c la e*iciencia trmica, y d la relaci$n aire combutible reuerida e n el uemador, i el combutible e n#butano AC):10. Problema 8. < un ciclo Brayton cuya relaci$n de !reione e de 6"1 entra aire a 1 bar y 17 C. ?a turbina tiene una tem!eratura l5mite de 1000 ( y el gato má4imo e 3,& kg/. -etermine a el trabao del com!reor y de la turbina, b la e*iciencia trmica, c la !roducci$n de !otencia, y d el gato +olumtrico a la entrada del com!reor, e i la adici$n de calor e e*ect@a mediante la uema com!leta de un combutible cuyo +alor calor5*ico e ))000 k/kg, etime la relaci$n de combutible y aire em!leada e n el uemador. Problema . >na !lanta de !otencia de turbina de ga o!era eg@n un ciclo de aire etándar entre lo l5mite de !rei$n de 1 y 6) bare. ?a tem!eratura del aire de entrada e de 22C, y la limitaci$n de tem!eratura en la turbina e de 807C. i la e*iciencia adiabática del com!reor y la turbina on 82 y 8&, re!ecti+amente, caclule" a la !roducci$n neta de trabao, y b la e*iciencia trmica i el ciclo e ideal.
Problema 10. El ciclo de una !lanta de !otencia de turbina de ga o!era entre 827 y 27C, con una relaci$n de !reione de &,2"1. i la e*iciencia adiabática del com!reor entre el trabao de la turbina, b la e*iciencia trmica, y c el gato máico del aire reuerido !ara obtener una !otencia de 1000 kD. Problema 11. En un generador de !otencia ue o!era con el ciclo de ankine entra agua al generador de +a!or a 100 bare y ale del condenador a 0,1 bare y )&C. En el condenador circula agua de en*riamiento a ra9$n de 1,314106 kg/%, u*riendo una ele+aci$n de tem!eratura de 8,& C. -etermine" a la ental!5a y la entro!5a a la alida de la turbina' b la ental!5a a
la entrada de la turbina' c el calor
uminitrado' d la e*iciencia trmica, y e la !otencia de la turbina. Conidere ue el *luo máico de +a!or e de 237)0 kg/%.
Problema 12. El +a!or de agua ue entra a una turbina de un ciclo de ankine e encuentra a )0 bare y ))0 C, e e4!ande en la turbina %ata 7 bare, !oteriormente e recalienta %ata ))0C y *inalmente e e4!ande %ata 0,88 bare. -etermine' a la calidad a la alida de la turbina, y b la e*iciencia trmica,
Problema 13. En un ciclo de ankine de 20 ;D de !otencia e genera +a!or a 1)0 bare y &60C, !oteriormente %ay un recalentamiento a 1& bare y &)0C y e condena el +a!or a 0,06 bare. -etermine' a el calor uminitrado, b la e*iciencia trmica, c el gato máico del agua de en*riamiento reuerido en el condenador i el agua e4!erimenta una ele+aci$n de tem!eratura de 10C.
Problema 1). < la turbina de un ciclo de ankine entra el agua a 120 bare y 600 C y e e4!ande %ata 10 bare, donde una !arte e e4trae %acia un intercambiador de calor abierto y el reto e e4!ande %ata 0,08 bare. Calcule' a la calidad a la alida de la turbina, b la e*iciencia trmica.
Problema 1&. >n re*rigerador como el ue e muetra en la *igura ua re*rigerante 13)a como *luido de trabao y o!era en un ciclo de re*rigeraci$n !or com!rei$n de +a!or con una tem!eratura en el e+a!orador de #) FG y una !rei$n en el condenador de 130 Pia, iendo el rendimiento adiabático del com!reor del 8). El *luo máico del re*rigerante e 6,& lb/min. Calc@lee a la !otencia real uminitrada al com!reor, en %! b Ca!acidad de re*rigeraci$n en on, c el CP y d de!la9amiento e*ecti+o, en !ie 3/min
Problema 16. >n ciclo encillo de re*rigeraci$n ue utili9a amoniaco como utancia de trabao, neceita mantener un e!acio re*rigerado a 0HC. El ambiente ue rodea al condenador etá a 38HC. Conidere +a!or aturado a la entrada del com!reor y l5uido aturado a la alida del condenador. ?a e *iciencia adiabática del com!reor e el del 100. -etermine el coe*iciente de reali9aci$n de ete ciclo.
Problema 17. >n itema de re*rigeraci$n como el ue e muetra en la *igura, en cacada utili9a re*rigerante 22 en la !arte del itema de baa tem!eratura y re*rigerante 13)a en el circuito de alta tem!eratura. El circuito del re*rigerante 22 *unciona entre 1,1 y & bar. ?a ental!5a del +a!or aturado ue ale del e+a!orador a #3FC, del +a!or obrecalentado ue ale del com!reor ioentr$!ico a 2 FC, y del l5uido ue entra al di!oiti+o de etrangulamiento 0FC on 267,37 ' 30),16 y 78,)7 re!ecti+amente. El ciclo ideal del circuito de re*rigerante 13)I *unciona entre #12 FCy bar. ?a ca!acidad de re*rigeraci$n del e+a!orador de baa tem!eratura e de & on. -etermine a lo *luo máico, en (g/%r, en lo do circuito. b la !otencia de entrada en ambo com!reore, en (J, c el CP del itema en cacada. d -etermine tambin el CP de un ciclo con un @nico circuito ue utilice re*rigerante 13)I entre #)0 FC y bar.
NOTA
?a tonelada de re*rigeraci$n AG e la unidad nominal de !otencia em!leada en a lguno !a5e, e!ecialmente de Korteamrica, !ara re*erire a la ca!acidad de e4tracci$n de carga trmica Aen*riamiento de lo eui!o *rigor5*ico y de aire acondicionado. Puede de*inire como la cantidad de calor latente aborbida !or la *ui$n de una tonelada corta de %ielo $lido !uro en 2) %ora' en lo e ui!o, eto eui+aldr5a a una !otencia ca!a9 de e 4traer 12.000 B> !or %ora, lo ue en el itema Lnternacional de >nidade AL eui+ale a 3&17 D.
Problema 18. >n itema de re*rigeraci$n !or com!rei$n de +a!or ideal de do eta!a con re*rigeraci$n intermedia regenerati+o *unciona con re*rigerante 13)a y !reione de 1,0 bar en el e+a!orador, ),0 bar en la cámara de e+a!oraci$n intantánea y en la cámara de me9cla y ,0 bar en el condenador. i la carga de re*rigeraci$n e & ton, determ5nee. a) la !otencia del com!reor de baa !rei$n, en kilo+atio, b) el *luo máico ue ale de la cámara de e+a!oraci$n intantánea y entra a la cámara de me9cla, en kg/min, c) la !otencia de entrada en el com!reor de alta !rei$n, en kilo+atio, y d) el CP del *luo global.
Problema 1. Conidere un ciclo ideal de re*rigeraci$n ue utili9a Gre$n#12 como *luido de trabao. El ciclo etá *ormado !or do la9o, uno de !otencia y el otro de re*rigeraci$n. a!or aturado a 10&HC dea la caldera y e e4!ande en la turbina a la !rei$n del condenador. a!or aturado a #1&HC dea el e+a!orador y e com!rimido a la !rei$n del condenador. ?a relaci$n de *luo a tra+ de lo do la9o e tal ue la !otencia !roducida !or la turbina e uta la !otencia !ara mo+er el com!reor. ?5uido aturado a )&HC dea el condenador y e di+ide en !ro!orcione necearia. Calcule" a ?a relaci$n de *luo máico a t ra+ de lo do la9o b El coe*iciente de reali9aci$n del ciclo en trmino de la relaci$n M?/M: