Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

552
CICLOS DE POTENCIA DE GAS
9-135 ¿Cuánto cambiaría la eficiencia térmica del ciclo en
el problema 9-134 si la temperatura del flujo de aire frío que
sale del regenerador fuese 65 °C más baja que la temperatura
del flujo de aire caliente que entra al regenerador?
Ciclos de propulsión por reacción
9-136C ¿Qué es la potencia de propulsión? ¿Cómo se relaciona
con el empuje?
9-137C ¿Qué es la eficiencia de propulsión? ¿Cómo se
determina?
9-138C ¿El efecto de las irreversibilidades en la turbina y el
compresor de un motor de propulsión por reacción es de reducir
a) el trabajo neto, b) el empuje o c) la tasa de consumo de
combustible?
9-139E Un motor de propulsión de un avión turbohélice
opera en una zona en que el aire está a 8 psia y 10 °F, en
un avión que vuela con una velocidad de 600 pies/s. La relación
de presiones del ciclo Brayton es 10, y la temperatura del
aire a la entrada de la turbina es de 940 °F. El diámetro de la
hélice es de 10 pies, y el flujo másico a través de la hélice es
20 veces el flujo másico a través del compresor. Determine
la fuerza de empuje generada por este sistema de propulsión.
Suponga operación ideal para todos los componentes y calores
específicos constantes a temperatura ambiente.
9-140E ¿Cuánto cambio habría en el empuje del problema
9-139E si el diámetro de la hélice se redujera a 8 pies, manteniendo
el mismo flujo másico a través del compresor? Atención:
la relación de flujos másicos ya no será 20.
9-141 Un motor turbosoplador que opera en un avión que
vuela a 200 m/s a una altitud en la que el aire está a 50 kPa
y 20 °C, debe producir 50,000 N de empuje. El diámetro
de entrada de este motor es de 2.5 m; la relación de presiones
del compresor es 12, y la relación de flujos másicos es
8. Determine la temperatura del aire a la salida del soplador
necesaria para producir este empuje. Suponga operación ideal
para todos los componentes y calores específicos constantes a
temperatura ambiente. Respuesta: 233 K
9-142 Un motor de reacción pura propulsa un avión a 240
m/s a través de aire que está a 45 kPa y –13 °C. El diámetro
de entrada de éste es de 1.6 m. La relación de presiones del
compresor es 13, y la temperatura a la entrada de la turbina
es de 557 °C. Determine la velocidad a la salida de la tobera
de este motor y el empuje producido. Suponga operación ideal
para todos los componentes y calores específicos constantes a
temperatura ambiente.
9-143 Un avión con motor de propulsión por reacción vuela
con una velocidad de 320 m/s a una altitud de 9,150 m donde
las condiciones de ambiente son 32 kPa y 32 °C. La relación
de presiones a través del compresor es 12, y la temperatura a
la entrada de la turbina es de 1,400 K. El aire entra al compresor
a razón de 60 kg/s, y el combustible de motor tiene un
poder calorífico de 42,700 kJ/kg. Suponiendo operación ideal
para todos los componentes y calores específicos constantes a
temperatura ambiente, determine a) la velocidad de los gases
de escape, b) la potencia de propulsión que se desarrolla y c)
la tasa de consumo de combustible.
9-144 Repita el problema 9-143 usando una eficiencia de
compresor de 80 por ciento y una eficiencia de turbina de 85
por ciento.
9-145 Considere un avión accionado por un motor de propulsión
por reacción que tiene una relación de presiones de
9. El avión está estacionado en tierra, mantenido en posición
por sus frenos. El aire ambiente está a 7 °C y 95 kPa y entra
al motor a razón de 20 kg/s. El combustible de motor tiene un
poder calorífico de 42,700 kJ/kg, y se quema por completo
a razón de 0.5 kg/s. Despreciando el efecto del difusor y el
pequeño aumento de flujo másico a la salida del motor, así
como las ineficiencias de los componentes del motor, determine
la fuerza que se debe aplicar a los frenos para mantener
estacionado el avión. Respuesta: 19.370 N
9-146 Reconsidere el problema 9-145. En el planteamiento
del problema, reemplace el flujo másico
de entrada por un flujo volumétrico de entrada de 18.1 m 3 /s.
Usando el software EES (u otro), investigue el efecto de la
temperatura de entrada al compresor dentro del rango de 20
a 30 °C sobre la fuerza que se debe aplicar a los frenos para
mantener estacionado el avión. Grafique esta fuerza como
función de la temperatura del aire a la entrada al compresor.
9-147 Entra aire a 7 °C a un motor de propulsión por reacción
a razón de 16 kg/s y una velocidad de 300 m/s (relativa
al motor). El aire se calienta en la cámara de combustión a
razón de 15,000 kJ/s, y sale del motor a 427 °C. Determine el
empuje producido por este motor de propulsión por reacción.
(Sugerencia: Elija todo el motor como el sistema abierto.)
Análisis de ciclos de potencia de gas
con base en la segunda ley
9-148 ¿Cuál de los procesos de ciclo de Otto del problema
9-36 pierde la cantidad máxima de potencial de trabajo? La
temperatura del depósito de suministro de energía es la misma
que la temperatura máxima del ciclo, y la temperatura del
sumidero de energía es la misma que la temperatura mínima
del ciclo.
9-149E Determine la destrucción de exergía asociada con
el proceso de rechazo de calor del ciclo Diesel que se describe
en el problema 9-55E, suponiendo una temperatura de la
fuente de 3.500 R y una temperatura del sumidero de 540 R.
También determine la exergía al final del proceso de expansión
isentrópica.
9-150 Calcule la destrucción de exergía por cada proceso
del ciclo dual en el problema 9-63. Suponga condiciones
atmosféricas estándar y también que la temperatura de la
fuente de energía es la misma que la temperatura máxima del
ciclo, y la temperatura del sumidero de energía es la misma
que la temperatura mínima del ciclo.
9-151 Calcule la destrucción de exergía para cada proceso
para el ciclo Stirling del problema 9-81, en kJ/kg.
9-152 Calcule la destrucción de exergía asociada con cada
uno de los procesos del ciclo Brayton descrito en el problema
9-89, suponiendo una temperatura de la fuente de 1.600 K y
una temperatura del sumidero de 310 K.