Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 9
9-153 Repita el problema 9-94 usando análisis de exergía.
9-154 Determine la destrucción total de exergía asociada
con el ciclo Brayton que se describe en el problema 9-116,
suponiendo una temperatura de fuente de 1.500 K y una temperatura
de sumidero de 240 K. También determine la exergía
de los gases de escape a la salida del regenerador.
9-155 Reconsidere el problema 9-154. Usando el software
EES (u otro), investigue el efecto de variar
la relación de presiones del ciclo de 6 a 14 sobre la destrucción
total de exergía para el ciclo y la exergía de los gases de
escape a la salida del regenerador. Grafique estos resultados
como funciones de la relación de presiones. Explique los
resultados.
9-156 Calcule el potencial de trabajo perdido para cada proceso
del problema 9-135. La temperatura del depósito caliente
es la misma que la temperatura máxima del ciclo, y la temperatura
del depósito frío es la misma que la temperatura mínima
del ciclo.
9-157 Una planta eléctrica de turbina de gas opera en el ciclo
Brayton simple entre los límites de presión de 100 y 700 kPa.
El aire entra al compresor a 30 °C a razón de 12.6 kg/s, y sale
a 260 °C. Un combustible diesel con un poder calorífico de
42,000 kJ/kg se quema en la cámara de combustión con una
relación aire-combustible de 60 y una eficiencia de combustión
de 97 por ciento. Los gases de combustión salen de la cámara de
combustión y entran a la turbina, cuya eficiencia isentrópica es
de 85 por ciento. Tratando los gases de combustión como aire
y usando calores específicos constantes a 500 °C, determine a)
la eficiencia isentrópica del compresor, b) la producción neta
de potencia y la relación del trabajo de retroceso, c) la eficiencia
térmica y d) la eficiencia según la segunda ley.
ducción neta de trabajo y la eficiencia térmica, c) la presión
media efectiva y d) la producción neta de trabajo. También
determine e) la eficiencia según la segunda ley del ciclo y la
tasa de salida de exergía con los gases de escape cuando se
purgan. Respuestas: a) 2 308 K; b) 836 kJ/kg, 59.5 por ciento;
c) 860 kPa; d) 28.4 kW; e) 68.3 por ciento, 9.68 kW
Problemas de repaso
9-159 Un ciclo de Otto con una relación de compresión de
7 comienza su compresión a 90 kPa y 15 °C. La temperatura
máxima del ciclo es 1 000 °C. Utilizando las suposiciones
de aire estándar, determine la eficiencia térmica de este
ciclo usando a) calores específicos constantes a temperatura
ambiente y b) calores específicos variables.
Respuestas: a) 54.1 por ciento, b) 51.0 por ciento
9-160E Un ciclo Diesel tiene una relación de compresión
de 20 y comienza su compresión a 13 psia y 45 °F. La temperatura
máxima del ciclo es 1.800 °F. Usando suposiciones
de aire estándar, determine la eficiencia térmica de este
ciclo usando a) calores específicos constantes a temperatura
ambiente y b) calores específicos variables.
9-161E Un ciclo Brayton con una relación de presiones de
12 opera con aire que entra al compresor a 13 psia y 20 °F,
y a la turbina a 1 000 °F. Calcule el trabajo neto específico
producido por este ciclo, tratando el aire como gas ideal con
a) calores específicos constantes a temperatura ambiente y b)
calores específicos variables.
2
9-158 Un motor moderno de cuatro cilindros, cuatro tiempos,
1.8 L, de alto número de revoluciones e ignición por compresión,
opera en el ciclo ideal dual con una relación de compresión
de 16. El aire está a 95 kPa y 70 °C al principio del proceso de
compresión, y la velocidad de rotación del motor es de 2 200
rpm. Se queman iguales cantidades de combustible a volumen
constante y a presión constante. La presión máxima permisible
en el ciclo es de 7.5 MPa, debido a limitaciones de resistencia
de materiales. Usando calores específicos constantes a 1 000
K, determine a) la temperatura máxima en el ciclo, b) la proq
entrada
3
Combustible
diesel
Cámara de
combustión
2
700 kPa
260 °C
3
Compresor
Turbina
w neto
Compresor
Turbina
1
4
1
100 kPa
30 °C
4
q salida
FIGURA P9-157
FIGURA P9-161E
9-162 Un motor diesel V-16 de cuatro tiempos, con turbocargador,
construido por GE Transportation Systems para
accionar trenes rápidos, produce 3.500 hp a 1.200 rpm. Determine
la cantidad de potencia producida por cilindro por a)
ciclo mecánico y b) ciclo termodinámico.
9-163 Considere un ciclo Brayton ideal simple que opera
entre los límites de temperatura de 300 y 1.500 K. Usando
calores específicos constantes a temperatura ambiente, determine
la relación de presiones para la cual son iguales las temperaturas
de salida del compresor y la turbina.