Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

543
CAPÍTULO 9
REFERENCIAS Y LECTURAS RECOMENDADAS
1. V. D. Chase, “Propfans: A New Twist for the Propeller”,
Mechanical Engineering, noviembre, 1986, pp. 47-50.
2. C. R. Ferguson y A. T. Kirkpatrick, Internal Combustion
Engines: Applied Thermosciences, 2a. ed., Wiley, Nueva
York, 2000.
3. R. A. Harmon, “The Keys to Cogeneration and Combined
Cycles”, Mechanical Engineering, febrero, 1988, pp. 64-73.
4. J. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals,
McGraw-Hill, Nueva York, 1988.
5. L. C. Lichty, Combustion Engine Processes, McGraw-Hill,
Nueva York, 1967.
6. H. McIntosh, “Jumbo Jet”, 10 Outstanding Achievements
1964-1989, National Academy of Engineering, Washington,
D.C., 1989, pp. 30-33.
7. W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of the Internal
Combustion Engine, 2a. ed., Upper Saddle River, Prentice-
Hall, Nueva Jersey, 2004.
8. W. Siuru, “Two-Stroke Engines: Cleaner and Meaner”,
Mechanical Engineering, junio, 1990, pp. 66-69.
9. C. F. Taylor, The Internal Combustion Engine in Theory
and Practice, M.I.T. Press, Cambridge, Massachussets,
1968.PROBLEMAS*
PROBLEMAS*
Ciclos real e ideal, ciclo de Carnot, suposiciones
de aire estándar y motores reciprocantes
9-1C ¿Cómo se compara, en general, la eficiencia térmica
de un ciclo ideal con la de uno de Carnot que opera entre los
mismos límites de temperatura?
9-2C ¿Qué representa el área encerrada por un ciclo en un
diagrama P-v? ¿Qué pasa en el caso de un diagrama T-s?
9-3C ¿Qué son las suposiciones de aire estándar?
9-4C ¿Cuál es la diferencia entre las suposiciones de aire
estándar y las de aire estándar frío?
9-5C ¿Cuál es la diferencia entre el volumen de espacio
libre y el volumen desplazado de los motores reciprocantes?
9-6C Defina la relación de compresión para motores reciprocantes.
9-7C ¿Cómo se define la presión media efectiva para motores
reciprocantes?
9-8C ¿La presión media efectiva en un motor de automóvil
en operación puede ser menor que la presión atmosférica?
9-9C Cuando un carro se vuelve viejo, ¿cambia su relación
de compresión? ¿Qué sucede con la presión media efectiva?
9-10C ¿Cuál es la diferencia entre los motores de encendido
por chispa y los de encendido por compresión?
9-11C Defina los siguientes términos relacionados con motores
reciprocantes: carrera, calibre, punto muerto superior y
volumen de espacio libre.
* Los problemas marcados con “C” son preguntas de concepto y se
exhorta a los estudiantes a contestarlas todas. Los problemas marcados
con una “E” están en unidades inglesas, y quienes utilizan unidades SI
pueden ignorarlos. Los problemas con un ícono son de comprensión
y se recomienda emplear un software como EES para resolverlos.
9-12E ¿Cuál es la eficiencia térmica máxima posible de un
ciclo de potencia de gas cuando se usan depósitos de energía
térmica a 940 °F y 40 °F?
9-13 Se ejecuta un ciclo de aire estándar con calores específicos
constantes en un sistema cerrado de cilindro-émbolo, y
está compuesto de los siguientes tres procesos:
1-2 Compresión isentrópica, con una relación de compresión
r = 6, T 1 = 27 °C y P 1 = 100 kPa.
2-3 Adición de calor a presión constante.
3-1 Rechazo de calor a volumen constante.
Suponga que el aire tiene propiedades constantes con c v = 0.718
kJ/kg K, c p = 1.005 kJ/kg K, R = 0.287 kJ/kg K y k = 1.4.
a) Trace los diagramas P-v y T-s para este ciclo.
b) Determine la relación de trabajo de retroceso para este
ciclo.
9-14 Se ejecuta un ciclo de aire estándar dentro de un sistema
cerrado de cilindro-émbolo, y consiste en tres procesos
como sigue:
1-2 Adición de calor con V = constante de 100 kPa y 27 °C
a 700 kPa.
2-3 Expansión isotérmica hasta que V 3 = 7V 2 .
3-1 Rechazo de calor al estado inicial con P = constante.
Suponga que el aire tiene propiedades constantes con c v = 0.718
kJ/kg K, c p = 1.005 kJ/kg K, R = 0.287 kJ/kg K y k = 1.4.
a) Muestre el ciclo sobre los diagramas P-v y T-s.
b) Determine la relación de trabajo de compresión al de
expansión (relación de trabajo de retroceso).
c) Determine la eficiencia térmica del ciclo.
Respuestas: b) 0.440, c) 26.6 por ciento
9-15 Un ciclo de potencia con gas ideal se lleva a cabo dentro
de un sistema cerrado de émbolo-cilindro, y consiste en
tres procesos como sigue:
1-2 Compresión isentrópica desde una temperatura inicial de
27 °C , con una relación de compresión de 6.