Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
un intercambiador de calor). Considere este sistema cuando
el aire entra al compresor a 100 kPa y 20 °C; la relación de
presiones del compresor es 7, la temperatura máxima del ciclo
es de 727 °C y la diferencia entre las temperaturas de aire
caliente y frío es de 6 °C en el lado del regenerador por el que
sale el flujo frío. ¿La instalación del ciclo como se muestra
en la figura es más o menos eficiente que esta instalación?
Suponga que tanto el compresor como la turbina son isentrópicos,
y use calores específicos constantes a temperatura
ambiente.
9-112E Se agrega un regenerador ideal (T 3 T 5 ) a un ciclo
Brayton ideal simple (vea la figura P9-109). El aire entra al
compresor de este ciclo a 16 psia y 100 °F; la relación de
presiones es 11, y la máxima temperatura del ciclo es 1 940 °F.
¿Cuál es la eficiencia térmica de este ciclo? Use calores específicos
constantes a temperatura ambiente. ¿Cuál sería la eficiencia
térmica de este ciclo sin el regenerador?
9-113E La idea de usar turbinas de gas para accionar automóviles
se concibió en la década de 1930. Importantes fabricantes
de automóviles, tales como Chrysler y Ford en Estados
Unidos y Rover en el Reino Unido, hicieron un esfuerzo
considerable de investigación en las décadas de 1940 y 1950
para desarrollar turbinas de gas para automóviles. El primer
automóvil del mundo que usó turbina de gas, el Rover Jet 1
de 200 hp, se construyó en 1950 en Inglaterra. Fue seguido
por la producción del Plymouth Sport Coupé de Chrysler en
1954, bajo el liderazgo de G. J. Huebner. Se construyeron
varios cientos de automóviles Plymouth de turbina de gas a
principios de la década de 1960, para fines de demostración,
y se prestaron a un grupo selecto de personas para obtener
experiencia de campo. Los usuarios no tenían quejas, salvo la
lenta aceleración. Pero los autos nunca se produjeron en masa
debido a los altos costos de producción (especialmente los
materiales), y el no poder cumplir con las normas del Acta de
Aire Limpio de 1966.
Un automóvil Plymouth de turbina de gas construido en
1960 tenía una temperatura de entrada a la turbina de 1,700 °F,
una relación de presiones de 4 y una efectividad del regenerador
de 0.9. Usando eficiencias isentrópicas de 80 por ciento
tanto para el compresor como para la turbina, determine la eficiencia
térmica de este automóvil. Determine también el flujo
másico de aire para una producción neta de potencia de 95 hp.
Suponga que el aire ambiente está a 540 R y 14.5 psia.
9-114 La turbina de gas 7FA fabricada por General
Electric se reporta que tiene una eficiencia de
35.9 por ciento en el modo de ciclo simple y que produce 159
MW de potencia neta. La relación de presiones es 14.7, y la
temperatura de entrada a la turbina es de 1.288 °C. El flujo
másico a través de la turbina es de 1,536,000 kg/h. Tomando
las condiciones ambientes como 30 °C y 100 kPa, determine
la eficiencia isentrópica de la turbina y del compresor. Determine
también la eficiencia térmica de este ciclo si se agrega
un regenerador con una efectividad de 65 por ciento.
9-115 Reconsidere el problema 9-114. Usando el software
EES (u otro), desarrolle una solución que
permita diferentes eficiencias isentrópicas para el compresor y
la turbina y estudie el efecto de las eficiencias isentrópicas
sobre el trabajo neto que se realiza y el calor que se suministra
al ciclo. Trace el diagrama T-s para el ciclo.
9-116 Un ciclo Brayton con regeneración que usa aire como
fluido de trabajo tiene una relación de presiones de 7. Las
temperaturas mínima y máxima en el ciclo son 310 y 1.150 K.
Suponiendo una eficiencia isentrópica de 75 por ciento para
el compresor y de 82 por ciento para la turbina, y una efectividad
de 65 por ciento para el regenerador, determine a) la
temperatura del aire a la salida de la turbina, b) la producción
neta de trabajo y c) la eficiencia térmica.
Respuestas: a) 783 K, b) 108.1 kJ/kg, c) 22.5 por ciento
9-117 Una planta eléctrica de turbina de gas opera estacionariamente
en un ciclo Brayton regenerativo ideal (P 100
por ciento) con aire como fluido de trabajo. El aire entra al
compresor a 95 kPa y 290 K y a la turbina a 760 kPa y 1.100
K. Se transfiere calor al aire de una fuente externa a razón
de 75,000 kJ/s. Determine la potencia que produce esta planta
a) suponiendo calores específicos constantes a temperatura
ambiente y b) tomando en cuenta la variación de los calores
específicos con la temperatura.
9-118 Entra aire al compresor de un ciclo regenerativo de
turbina de gas, a 310 K y 100 kPa, y se comprime a 900 kPa y
650 K. El regenerador tiene una efectividad de 80 por ciento,
y el aire entra a la turbina a 1.400 K. Para una eficiencia de
la turbina de 90 por ciento, determine a) la cantidad de calor
que se transfiere en el regenerador y b) la eficiencia térmica.
Suponga calores específicos variables para el aire.
Respuestas: a) 193 kJ/kg, b) 40.0 por ciento
9-119 Repita el problema 9-118 usando calores específicos
constantes a temperatura ambiente.
9-120 Repita el problema 9-118 para una efectividad del
regenerador de 70 por ciento.
9-121 Desarrolle una expresión para la eficiencia térmica de
un ciclo ideal Brayton con un regenerador ideal de efectividad
100 por ciento. Use calores específicos constantes a temperatura
ambiente.
Ciclo Brayton con interenfriamiento,
recalentamiento y regeneración
9-122C ¿Con qué modificaciones se aproximará el ciclo
simple ideal de turbina de gas al ciclo Ericsson?
9-123C Para una razón de presión específica, ¿por qué la
compresión de etapas múltiples con interenfriamiento disminuye
el trabajo del compresor, y la expansión de etapas múltiples
con recalentamiento incrementa el trabajo de la turbina?
9-124C El proceso de compresión de una sola etapa de un
ciclo Brayton ideal sin regeneración se reemplaza por un proceso
de compresión de etapas múltiples con interenfriamiento,
entre los mismos límites de presión. Como resultado de esta
modificación,
a) ¿Aumenta, disminuye o permanece igual el trabajo del
compresor?
b) ¿Aumenta, disminuye o permanece igual la relación del
trabajo de retroceso?
c) ¿Aumenta, disminuye o permanece igual la eficiencia térmica?