Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 9
das de la cámara de combustión (estado 6) y el regenerador
(estado 10). (Vea la figura 9-43 en el texto.) Respuestas: a)
0.523, 317 kJ/kg; b) 0.553; c) 0.704; d) 931 kJ/kg, 129 kJ/kg
9-180 Compare la eficiencia térmica de la turbina de gas de
dos etapas con regeneración, recalentamiento e interenfriamiento
a la de una turbina de gas de tres etapas con el mismo
equipo cuando a) todos los componentes operan idealmente,
b) el aire entra al primer compresor a 100 kPa y 10 °C, c) la
relación total de presiones a través de todas las etapas de compresión
es 16 y d) la temperatura máxima de ciclo es 600 °C.
9-181E El empuje específico de un sistema de propulsión de
avión es la fuerza producida por unidad de flujo másico productor
de empuje. Considere un motor de propulsión por reacción
que opera en un ambiente a 10 psia y 30 °F y propulsa
un avión con velocidad de crucero de 1.200 pies/s. Determine
el empuje específico de este motor cuando la relación de compresión
del compresor es 9 y la temperatura a la entrada de
la turbina es 700 °F. Suponga operación ideal para todos los
componentes y calores específicos constantes a temperatura
ambiente.
9-182 Las necesidades de electricidad y calor de una planta
se deben satisfacer mediante una fábrica que consiste en una
turbina de gas y un intercambiador de calor para la producción
de vapor de agua. La planta opera en un ciclo Brayton simple
entre los límites de presión de 100 y 1.000 kPa con aire como
fluido de trabajo. El aire entra al compresor a 20 °C. Los gases
de combustión salen de la turbina y entran al intercambiador
de calor a 450 °C, y salen del intercambiador de calor a 325
°C, mientras el agua líquida entra al intercambiador de calor
a 15 °C y sale a 200 °C como vapor saturado. La potencia
neta producida por el ciclo de turbina de gas es de 1 500 kW.
Suponiendo una eficiencia isentrópica del compresor de 86
por ciento y una eficiencia isentrópica de la turbina de 88 por
ciento, y usando calores específicos variables, determine a) el
flujo másico de aire, b) la relación del trabajo de retroceso
y la eficiencia térmica y c) la tasa de producción de vapor
de agua en el intercambiador de calor. También determine d)
la eficiencia de utilización de la planta de cogeneración, definida
como la relación de la energía total utilizada a la energía
suministrada a la planta.
1
Cámara de
combustión
2 2 MPa
3
Compresor
100 kPa
20 °C
325 °C 15 °C
Turbina
FIGURA P9-182
4 450 °C
Intercambiador
de calor
Vapor sat.
200 °C
9-183 Un avión de propulsión por reacción vuela con una
velocidad de 900 km/h a una altitud donde la temperatura y
la presión del aire son 35 °C y 40 kPa. El aire sale del difusor
a 50 kPa, con una velocidad de 15 m/s, y los gases de
combustión entran a la turbina a 450 kPa y 950 °C. La turbina
produce 500 kW de potencia que se usa totalmente en
accionar el compresor. Suponiendo una eficiencia isentrópica
de 83 por ciento para el compresor, la turbina y la tobera, y
usando calores específicos variables, determine a) la presión
de los gases de combustión a la salida de la turbina, b) el flujo
másico de aire a través del compresor, c) la velocidad de los
gases a la salida de la tobera y d) la potencia de propulsión y
la eficiencia de propulsión de este motor.
Respuestas: a) 147 kPa, b) 1.76 kg/s, c) 719 m/s, d) 206 kW,
0.156
9-184 Un ciclo de aire estándar con calores específicos constantes
se realiza 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 = V 1 = V 2
2-3 Adición de calor a presión constante
3-1 Rechazo de calor a volumen constante
a) Trace los diagramas P-v y T-s para este ciclo.
b) Obtenga una expresión para la relación de trabajo de retroceso
como función de k y r.
c) Obtenga una expresión para la eficiencia térmica del ciclo
como función de k y r.
d) Determine el valor de la relación del trabajo de retroceso y
la eficiencia cuando r tiende a la unidad.
¿Qué implican sus resultados respecto al trabajo neto realizado
por el ciclo?
9-185 Un ciclo de aire estándar con calores específicos
constantes se lleva a cabo en un sistema cerrado de cilindroémbolo,
y está compuesto de los siguientes tres procesos:
1-2 Adición de calor a volumen constante
2-3 Expansión isentrópica con una relación de expansión
r = V 3 /V 2
3-1 Rechazo de calor a presión constante
a) Trace los diagramas P-v y T-s para este ciclo.
b) Obtenga una expresión para la relación del trabajo de retroceso
como función de k y r.
c) Obtenga una expresión para la eficiencia térmica del ciclo
como función de k y r.
d) Determine el valor de la relación del trabajo de retroceso y
la eficiencia cuando r tiende a la unidad.
¿Qué implican sus resultados acerca del trabajo neto realizado
por el ciclo?
9-186 Un ciclo de aire estándar con calores específicos
constantes se lleva a cabo en un sistema cerrado de cilindroémbolo,
y está compuesto de los siguientes cuatro procesos:
1-2 Compresión isentrópica con una relación de compresión,
r = V 1 /V 2
2-3 Adición de calor a volumen constante
3-4 Expansión isentrópica con una relación de expansión
r e = V 4 /V 3
4-1 Rechazo de calor a presión constante con una relación
de volúmenes, r p = V 4 /V 1