UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL EXPERIMENTAL DE GUAYANA COORDINACIÓN DE INGENIERÍA INDUSTRIAL ÁREA DE PROCESOS PROCESOS FÍSICO-QUÍMICOS FÍSICO-QUÍMICOS CÁTEDRA: TERMODINÁMICA Prof. Leonir Gómez Página 1 02/02/2012 PROBLEMARIO – CICLOS
1.
Defina, para motores reciprocantes: a) Relación de compresión. b) Presión media efectiva. c) Carrera d) Calibre e) Punto muerto superior f) Punto muerto inferior g) Volumen de espacio libre.
2. 3.
En un folleto, se lee que un coche tiene un motor de 2 litros. ¿Qué significa esto? Una revista de coches dice que el motor de tu coche tiene más potencia cuando la temperatura ambiente es baja. ¿Está de acuerdo?
4.
Un ciclo de aire estándar con calores específicos variables, se ejecuta en un sistema cerrado y está compuesto de los siguientes cuatro procesos: Compresión isentrópica de 100 kPa a 27 °C hasta 800 kPa. Adición de calor a volumen constante hasta 1800 K. Expansión isentrópica hasta 100 kPa. Rechazo de calor a presión constante hasta el estado inicial. en los diagramas p-v y T-s. a) Muestre el ciclo en b) Calcule la salida neta de trabajo por unidad de masa. c) Determine la eficiencia térmica.
Sugerencias: emplee las relaciones:
,
u4, respectivamente. Recuerde que
.
para hallar en la tabla u2, T2 y
Sol. b) qin = u3 – u u2 = 1098 kJ/kg, qsal = h4 – h h1 = 527,9 kJ/kg. wnet = 570,1 kJ/kg. c) 5.
térm =
51,9%
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 1 MPa. 2-3 Adición de 2800 kJ/kg de calor a presión constante 3-4 Expansión isentrópica hasta 100 kPa. 4-1 Rechazo de calor a presión constante hasta el estado inicial. en los diagramas p-v y T-s. a) Muestre el ciclo en b) Calcule la temperatura máxima en el ciclo. c) Determine la eficiencia térmica.
Sugerencias: emplee las relaciones: hallar T3 Sol. b) Tmax = T3 =3360 K . Recuerde que 6. 7.
y
qin =
h3 – h h2 = c p(T3 – T T2) para .
c)
= 21,0%
Cuál es la diferencia entre los motores m otores de gasolina de inyección y los m otores diesel? Un ciclo Otto ideal tiene una relación de compresión de 8. Al principio del proceso de compresión, el aire está a 95 kPa y 300 K, y se transfieren 750 kJ/kg de calor hacia en fluido durante el proceso de adición de calor a volumen constante. Tomando en cuenta la variación de los calores específicos con la
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temperatura, determine: a) la presión y la temperatura al final del proceso de adición de calor, b) la salida neta de trabajo, c) la eficiencia térmica y d) la presión media efectiva para el ciclo. Recuerde que y
Sol. a) 3898 kPa, 1539 K, b) 392,4 kJ/kg, c) 52,3%, d) 495 kPa. 8. Un ciclo Otto de aire estándar tiene una relación de compresión de 9,5. Antes del inicio del proceso de 3 compresión isentrópica, el aire está a 100 kPa y 35 K y 600 cm . La temperatura al final del proceso de expansión isentrópica es 800 K. Usando valores de calores específicos a temperatura ambiente, determine a) la temperatura y la presión más altas en el ciclo, b) la cantidad de calor transferido, en kJ, c) la eficiencia térmica y d) la PME. Recuerde que a temperatura ambiente cp = 1,005 kJ/kg.K, cv = 0,718 kJ/kg.K, R = 0,287 kJ/kg.K y k = 1,4. , puede ser calculada mediante la ecuación de estado pv = mRT Sol. a) 1969 K, 6072 kPa, b) 0,59 kJ, c) 59,4%, d) 652 kPa.
y
. La masa
9. Para una central de vapor, explique por qué para una presión de entrada dada, en un compresor de turbina de gas se requiere un trabajo mucho mayor por unidad de masa de lo que sería para la bomba de esta planta. Considere los volúmenes específicos del líquido y vapor y tome en cuenta la ecuación:
10. Los ciclos ideales de Brayton y Rankine se componen de los mismos cuatro procesos, sin embargo, hay un aspecto diferente cuando se representa en el diagrama T-s. Explique. 11. El ciclo para un gas ideal de la figura se denomina ciclo de Sargent. Si todos los procesos son cuasi estáticos y las capacidades calóricas son constantes, demuestre que la eficiencia de un motor que realiza este ciclo es: =1-γ[(T -T )/(T -T )] 4
1
3
2
12. En un ciclo de Otto, demuestre que para que el cambio neto de entropía en el ciclo sea cero
S ciclo
0
, se debe cumplir que:
T 2T 4 Recuerde las relaciones:
T 1T 3
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dS
dQ T
dQ
nc v dT
13. Un mol de gas ideal trabajando en ciclo Otto ideal mostrado en la figura. Donde se cumple que r = (v2/v1). a) Calcule el trabajo realizado por el gas entre 1 y 2 en función de T 1 y T2 .b) Determine el rendimiento en función de r.
14. Al comienzo del proceso de compresión de un ciclo Otto de aire, la presión es de 1 bar mientras que la temperatura es 290 K y el volumen en el punto muerto inferior, V 1 = 400 cm3. La temperatura máxima en el ciclo es 2200 K y la relación de compresión es 8. Determine: a) la adición de calor en kJ, b) el trabajo neto en kJ, c) la eficiencia térmica, d) la presión media efectiva (PME) en bar. 15. La presión y la temperatura en el comienzo de la compresión de un ciclo Diesel de aireestándar son 95 kPa y 300 K, respectivamente. Al final de la adición de calor, la presión es de 7,2 MPa y la temperatura es 2150 K. Determine:
(a) la relación de compresión. (b) la relación de combustión. (c) la eficiencia térmica del ciclo. (d) la presión media efectiva , en kPa. 16. El estado al inicio de la compresión de un ciclo Diesel de aire estándar está determinado por 100 kPa y 310 K. La relación de compresión es de 15. Para una relación de admisión de 1,5, determine:
(a) la temperatura máxima, en K. (b) la presión al final de la expansión, en kPa. (c) el trabajo neto por unidad de masa de aire, en kJ / kg. (d) el rendimiento térmico.
