Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
9-50C ¿Cuál es la relación de cierre de admisión? ¿Cómo
afecta la eficiencia térmica de un ciclo Diesel?
9-51 Un ciclo Diesel ideal tiene una relación de compresión
de 20 y una relación de cierre de admisión de 1.3. Determine
la temperatura máxima del aire y la tasa de adición de calor a
este ciclo cuando produce 250 kW de potencia y el estado del
aire al inicio de la compresión es 90 kPa y 15 °C. Use calores
específicos constantes a temperatura ambiente.
9-52E Un ciclo Diesel ideal tiene una temperatura máxima
de ciclo de 2.300 °F y una relación de cierre de admisión de
1.4. El estado del aire al principio de la compresión es P 1
14.4 psia y T 1 50 °F. Este ciclo se ejecuta en motor de
cuatro tiempos, de ocho cilindros, con un diámetro interior
de cilindro de 4 pulg y una carrera de pistón de 4 pulg. El
volumen mínimo confinado en el cilindro es 4.5 por ciento
del volumen máximo del cilindro. Determine la potencia que
produce este motor cuando opera a 1.800 rpm. Use calores
específicos constantes a temperatura ambiente.
9-53 Un ciclo dual de aire estándar tiene una relación de
compresión de 14 y una relación de cierre de admisión de 1.2.
La relación de presiones durante el proceso de adición de calor
a volumen constante es 1.5. Determine la eficiencia térmica, la
cantidad de calor agregada y la presión y la temperatura máximas
del gas cuando se opera este ciclo a 80 kPa y 20 °C al
principio de la compresión. Use calores específicos constantes a
temperatura ambiente.
9-54 Repita el problema 9-53 si la relación de compresión
es 80 kPa y –20 °C.
9-55E Un ciclo Diesel de aire estándar tiene una relación de
compresión de 18.2. El aire está a 80 °F y 14.7 psia al inicio
del proceso de compresión, y a 3.000 R al final del proceso de
adición de calor. Tomando en cuenta las variaciones de calores
específicos con la temperatura, determine a) la relación de
cierre de admisión, b) el rechazo de calor por unidad de masa
y c) la eficiencia térmica.
9-56E Repita el problema 9-55E usando calores específicos
constantes a temperatura ambiente.
9-57 Un motor ideal Diesel tiene una relación de compresión
de 20 y usa aire como fluido de trabajo. El estado del aire
al principio del proceso de compresión es 95 kPa y 20 °C. Si
la temperatura máxima en el ciclo no ha de exceder 2.200 K,
determine a) la eficiencia térmica y b) la presión efectiva media.
Suponga calores específicos constantes para el aire a temperatura
ambiente. Respuestas: a) 63.5 por ciento, b) 933 kPa
9-58 Repita el problema 9-57 pero reemplace el proceso de
expansión isentrópica por un proceso de expansión politrópica,
con el exponente politrópico n 1.35.
9-59 Reconsidere el problema 9-58. Usando software
EES (u otro), estudie el efecto de variar la relación
de compresión de 14 a 24. Grafique la producción neta de trabajo,
la presión media efectiva y la eficiencia térmica como
función de la relación de compresión. Trace los diagramas T-s y
P-v para el ciclo cuando la relación de compresión es 20.
9-60 Un motor diesel de cuatro cilindros, de dos tiempos, de
2.0 L, que opera en un ciclo Diesel ideal tiene una relación
de compresión de 22 y una relación de cierre de admisión de
1.8. El aire está a 70 °C y 97 kPa al principio del proceso
de compresión. Usando las suposiciones de aire estándar frío,
determine cuánta potencia entregará el motor a 2 300 rpm.
9-61 Repita el problema 9-60 usando nitrógeno como fluido
de trabajo.
9-62 Un ciclo dual de aire estándar tiene una relación de
compresión de 18 y una relación de cierre de admisión de 1.1.
La relación de presiones durante el proceso de adición de calor
a volumen constante es 1.1. Al principio de la compresión
P 1 90 kPa, T 1 18 °C y V 1 0.003 m 3 . ¿Cuánta potencia
producirá este ciclo cuando se ejecute 4.000 veces por
minuto? Use calores específicos constantes a temperatura
ambiente.
9-63 Repita el problema 9-62 si la eficiencia isentrópica
de compresión es 85 por ciento y la eficiencia isentrópica de
expansión es 90 por ciento. Respuesta: 9.26 kW
9-64E Un ciclo dual ideal tiene una relación de compresión
de 15 y una relación de cierre de admisión de 1.4. La
relación de presiones durante el proceso de adición de calor
a volumen constante es 1.1. El estado del aire al inicio de la
compresión es P 1 14.2 psia y T 1 75 °F. Calcule el trabajo
neto espe-cífico del ciclo, la adición específica de calor
y la eficiencia térmica. Use calores específicos constantes a
temperatura ambiente.
9-65 Un motor de ignición por compresión de seis cilindros,
cuatro tiempos, 3.2 L, opera en un ciclo Diesel ideal con una
relación de compresión de 19. El aire está a 95 kPa y 67 °C
al inicio del proceso de compresión y la velocidad de rotación
del motor es de 1 750 rpm. El motor usa diesel ligero con un
poder calorífico de 42,500 kJ/kg, una relación aire-combustible
de 28 y una eficiencia de combustión de 98 por ciento.
Usando calores específicos constantes a 850 K, determine
a) la temperatura máxima en el ciclo y la relación de cierre de
admisión, b) la producción neta de trabajo por ciclo y la eficiencia
térmica, c) la presión media efectiva, d) la producción
neta de potencia y e) el consumo específico de combustible,
en g/kWh, definido como la relación de la masa de combustible
consumido al trabajo neto producido.
Respuestas: a) 2.244 K, 2.36, b) 2.71 kJ, 57.4 por ciento, c) 847 kPa,
d) 39.5 kW, e) 151 g/kWh
9-66 Desarrolle una expresión para la relación de cierre de
admisión r c que la exprese en términos de q entrada /(c p T 1 r k1 )
para un ciclo Diesel de aire estándar.
9-67 Desarrolle una expresión para la eficiencia térmica
de un ciclo dual cuando se opera de tal manera que r c r p
donde r c es la relación de cierre de admisión y r p es la relación
de presiones durante el proceso de adición de calor a
volumen constante. ¿Cuál es la eficiencia térmica de un motor
así cuando la relación de compresión es 20 y r p 2?
9-68 ¿Cómo se puede cambiar r p en el problema 9-67 de
modo que la misma eficiencia térmica se mantenga cuando se
reduzca la relación de compresión?