Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
2-3 Expansión isotérmica (a temperatura constante) al volumen
inicial.
3-1 Rechazo de calor a volumen constante al estado inicial.
Suponga que el gas tiene propiedades constantes con c v = 0.6
kJ/kg K, c p = 0.9 kJ/kg K, R = 0.3 kJ/kg K y k = 1.5.
a) Trace los diagramas P-v y T-s para el ciclo.
b) Determine la temperatura máxima del ciclo, en K.
c) Calcule el trabajo de expansión, en kJ/kg.
d) Calcule el trabajo de compresión, en kJ/kg.
e) Calcule la eficiencia térmica del ciclo.
9-16 Un ciclo de aire estándar con calores específicos variables
se ejecuta en un sistema cerrado y está compuesto de los
siguientes cuatro procesos:
1-2 Compresión isentrópica de 100 kPa y 22 °C a 600 kPa
2-3 Adición de calor a v constante hasta 1 500 K
3-4 Expansión isentrópica hasta 100 kPa
4-1 Rechazo de calor a P constante hasta el estado inicial
a) Muestre el ciclo en diagramas P-v y T-s.
b) Calcule la salida neta de trabajo por unidad de masa.
c) Determine la eficiencia térmica.
9-17 Reconsidere el problema 9-16 y use el software
EES (u otro) para estudiar el efecto que produce
variar la temperatura después de la adición de calor a volumen
constante de 1 500 K hasta 2 500 K. Grafique la salida neta de
trabajo y la eficiencia térmica como función de la temperatura
máxima del ciclo. Grafique los diagramas T-s y P-v para el
ciclo cuando la máxima temperatura de éste es 1 500 K.
9-18 Un ciclo de aire estándar se ejecuta en un sistema
cerrado con 0.004 kg de aire y consiste de los siguientes tres
procesos:
1-2 Compresión isentrópica de 100 kPa y 27 °C hasta 1 MPa
2-3 Adición de calor a P constante en la cantidad de
2.76 kJ
3-1 Rechazo de calor a P c 1 v + c 2 hasta el estado inicial
(c 1 y c 2 son constantes)
a) Muestre el ciclo en diagramas P-v y T-s.
b) Calcule el calor rechazado.
c) Determine la eficiencia térmica.
Suponga calores específicos constantes a temperatura ambiente.
Respuestas: b) 1.679 kJ, c) 39.2 por ciento
9-19E Un ciclo de aire estándar con calores específicos
variables se ejecuta en un sistema cerrado y se compone de
los siguientes cuatro procesos:
1-2 Adición de calor a v constante de 14.7 psia y 80 °F
en la cantidad de 300 Btu/lbm
2-3 Adición de calor a P constante hasta 3 200 R
3-4 Expansión isentrópica hasta 14.7 psia
4-1 Rechazo de calor a P constante hasta el estado inicial
a) Muestre el ciclo en diagramas P-v y T-s.
b) Calcule la entrada de calor total por unidad de masa.
c) Determine la eficiencia térmica.
Respuestas: b) 612.4 Btu/lbm, c) 24.2 por ciento
9-20E Repita el problema 9-19E y use calores específicos
constantes a temperatura ambiente.
9-21 Considere un ciclo de Carnot ejecutado en un sistema
cerrado con 0.6 kg de aire. Los límites de temperatura del
ciclo son 300 y 1 100 K, y las presiones mínima y máxima
que ocurren durante el ciclo son 20 y 3.000 kPa. Suponiendo
calores específicos constantes, determine la producción neta
de trabajo por ciclo.
9-22 Considere un ciclo de Carnot ejecutado en un sistema
cerrado con aire como fluido de trabajo. La presión máxima
en el ciclo es 800 kPa y la temperatura máxima es 750 K. Si
el decremento de entropía durante el proceso de rechazo isotérmico
de calor es 0.25 kJ/kg · K, y la producción neta de trabajo
es 100 kJ/kg, determine a) la presión mínima en el ciclo,
b) el rechazo de calor en el ciclo y c) la eficiencia térmica del
ciclo. d) Si un ciclo real de máquina térmica opera entre los
mismos límites de temperatura y produce 5.200 kW de potencia
para un flujo de aire de 90 kg/s, determine la eficiencia
según la segunda ley en este ciclo.
9-23 Un ciclo de Carnot de gas ideal usa aire como fluido
de trabajo, recibe calor de un depósito térmico a 1.027 °C, se
repite 1.500 veces por minuto y tiene una relación de compresión
de 12. La relación de compresión se define como la relación
de volúmenes durante el proceso de compresión isentrópica.
Determine la temperatura máxima del depósito térmico
de baja temperatura, la eficiencia térmica del ciclo y la cantidad
de calor que se debe suministrar por ciclo si este dispositivo
ha de producir 500 kW de potencia.
Respuestas: 481 K, 63.0 por ciento, 31.8 kJ
9-24 Un dispositivo de émbolo-cilindro contiene un gas
ideal, y sufre un ciclo de potencia como sigue:
1-2 Compresión isentrópica desde una temperatura inicial
T 1 = 20 °C, con una relación de compresión r = 5.
2-3 Adición de calor a presión constante.
3-1 Rechazo de calor a volumen constante.
El gas tiene calores específicos constantes con c v = 0.7 kJ/
kg · K, y R = 0.3 kJ/kg · K.
a) Trace los diagramas P-v y T-s para el ciclo.
b) Determine las interacciones de calor y trabajo para cada
proceso, en kJ/kg.
c) Determine la eficiencia térmica del ciclo.
d) Obtenga la expresión para la eficiencia térmica del ciclo
como función de la relación de compresión r y la relación
de calores específicos k.
Ciclo de Otto
9-25C ¿Cómo se relacionan las rpm de un motor real de cuatro
tiempos con el número de ciclos termodinámicos? ¿Cuál
sería su respuesta para un motor de dos tiempos?
9-26C ¿Cómo se comparan las eficiencias del ciclo ideal
de Otto y el ciclo de Carnot para los mismos límites de temperatura?
Explique.
9-27C ¿Cuáles son los cuatro procesos que constituyen el
ciclo de Otto ideal?
9-28C ¿Los procesos que constituyen el ciclo de Otto se
analizan como procesos de sistema cerrado o flujo estable?
¿Por qué?