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TERMODINÁMICA TÉCNICA II MEC 2250
Emilio Rivera Chávez, docente
Fecha de entrega: 27/02/2015
Trabajo Practico No. 1
2015.
Resolver los siguientes problemas y ejercicios:
Problema 1.- A un compresor aislado entra aire a las condiciones ambiente, 100 kPa y 20oC, a
razón de 0.1 kg/s, y sale a 200oC. La eficiencia isentrópica del compresor es 70%. a) ¿Cuál es la
presión de salida? y b) ¿Cuánta potencia se requiere para impulsar el compresor?
Problema 2.- Un compresor centrifugo toma aire del ambiente a 100 kPa y 15 oC y lo descarga
a 450 kPa. El compresor tiene una eficiencia isentrópica de 80% ¿Cuál es su mejor estimación
de la temperatura de descarga?
Problema 3.-Un compresor de aire de dos etapas tiene un interenfriador entre éstas como se
muestra en la figura. El estado en la entrada es de 100 kPa y 290 K, y la presión final de salida
es de 1,6 MPa. Suponga que el interenfriador a presión constante enfría el aire hasta la
temperatura de entrada T3=T1. Se puede demostrar que la presión optima, 𝑝2 = 𝑝1 ∙ 𝑝4 , para
el trabajo total mínimo del compresor. Determine los trabajos específicos en el compresor y la
transferencia de calor en el interenfriador para la presión óptima p2
Interenfriador
2
3
Qr
4
Wn
CBP
CAP
1
Problema 4.- Repita el problema anterior cuando el interenfriador lleva la temperatura del aire
a un valor conocido t3 = 320 K. la formula corregida para la presión intermedia optima es
𝑝2 =
𝑝1 ∙ 𝑝4
𝑇3
𝑇1
𝑛
𝑛 −1
Donde n es el exponente en el proceso politrópico supuesto.
Problema 5.- Un compresor de doble acción que comprime 28.32 litros de aire por revolución
desde 99.975 kPa abs. hasta 723.954 kPa abs. La compresión y la re-expansión se realizan de
acuerdo con p V 1.35 = C. Utilice la eficiencia volumétrica convencional; c= 5% y LID = 1.
Resp. 26.77 x 26.77 cm.
Problema 6.- Determine la eficiencia volumétrica y estime el espacio muerto aproximado de
un compresor de 45.75 x 45.75 cm, un solo cilindro y doble acción, que funciona a 150rpm y
suministra 19.82 m) de un gas desde ¡ atm y 26.7°C hasta 675.7 kPa abs. La compresión y la reexpansión son politrópicas, con p V 1.32 = C.
Problema 7.- Un compresor de aire del tipo de movimiento alternativo, con espacio muerto de
6070, toma 4.25 m3/min de aire, medidos según las condiciones de admisión de 100 kPa abs. y
57.2°C. En el caso de una presión de descarga a 300 kPa abs. y una eficiencia adiabática total
de 68%, determine la potencia del motor' respectivo.
Resp. 13.43 kW.
Problema 8.- En el caso de un compresor de movimiento alternativo y de dos etapas con
enfriamiento intermedio, compruebe que el trabajo será mínimo cuando la presión entre los
cilindros (presión del interenfriador) es 𝑝𝑖 = 𝑝1 𝑝2 . En este caso p1 es la presión de entrada al
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Emilio Rivera Chávez, docente
Fecha de entrega: 27/02/2015
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2015.
compresor y P2, la presión de descarga del mismo. Además, considere que el enfriador
intermedio hace que el aire retorne a la temperatura de entrada a la máquina.
Problema 9.- Un compresor ha de ser diseñado con 6% de espacio muerto para manejar 14
m3/min de aire a 101.33 kPa abs. y 20°C, el estado al inicio de la carrera de compresión. La
compresión es isentrópica a 618.03 kPa man. (a) ¿Qué desplazamiento en m3/min es
necesario? (b) Si el compresor se utiliza a una altitud de 1 800 m y la temperatura inicial y la
presión de descarga permanecen iguales que antes, ¿en qué porcentaje se reduce la capacidad
del compresor? (e) ¿Cuál debe ser el desplazamiento volumétrico de un compresor a la altitud
de 1800 m para manejar la misma masa de aire que en (a)?
Problema 10.- Un compresor de aire de dos etapas, sin espacio muerto, descarga 90 lb/min de
gas a 140 psia. En la succión p1 = 14.3 psia y t1 = 60°F. La compresión es según p V 1.31 = c, y el
interenfriador lleva al aire a 60°F. Obtenga (a) la presión intermedia óptima, (b) la potencia
convencional, (e) el calor de los diversos procesos (represente éstos en el plano T5). (d) ¿Qué
potencia sería necesaria para una compresión isentrópica en una máquina de un solo paso? (e)
¿Cuál es el ahorro debido al proceso de enfriamiento? ¿Vale la pena éste? (f) Si la temperatura
del agua de enfriamiento en el interenfriador se eleva en 15°F, ¿qué masa de agua se
requiere?
Resp. (a) 44.75 psia, (b) 198 hp, (e) 717, 3 483, 717 Btu/min, (d) 243 hp, (e) 45 hp,(f) 232
lb/min.
Problema 11.- Un compresor de un solo cilindro, doble acción y que funciona a 200 rpm, tiene
una velocidad de pistón 180 m/min. Comprime 30 kg/min de aire desde 96.13 kPa abs. y 15°C
hasta 657.27 kPa abs. El espacio muerto vale 5.5 %. Tratándose de una compresión
isentrópica, determine (a) determine (a) v, VD, y W; (b) pme del diagrama convencional del
compreso y (c) el diámetro y la carrera en el cilindro del compresor. Suponga calores
específicos constantes.
Problema 12.- Se tiene agua que circula a razón de 52 lb/min alrededor del cilindro de un
compresor de aire; entra a 70°F, sale a 80°F, y todo el calor que recibe proviene del aire
contenido en el cilindro. La compresión es interiormente reversible desde 14.7 psia, 80oF,
hasta 330oF; así mismo, ∆K = 0. En el caso de un flujo de aire de 50 lb/min, obtenga (a) la
potencia, (b) ∆S para el aire, (c) la parte disponible del calor con respecto al aire, y de nuevo,
como fue recibido por el agua, si to = 60°F. Resp. (a) 83 hp, (b) -0.791 Btu/oR min, (c) 109,
14.3 Btu/min.
Problema-13.- Una cierta cantidad de aire se comprime en un compresor de dos etapas y
doble acción, el cual es impulsado eléctricamente a 165 rpm. El cilindro de baja presión (de
30.5 x 35.5 cm) recibe 6.85 m3/min de aire a 96.53 kPa abs., 43.3°C; el cilindro de alta presión
(de 20.3 x 35.5 cm) descarga el aire a 717.06 kPa abs. Los vástagos de pistón son de 5.1 cm de
diámetro y la eficiencia total isotérmica vale 74%. Determine (a) la eficiencia volumétrica y (b)
la potencia necesaria del motor.
14.- Explique que es un compresor de doble efecto?
15.¿La compresión isotérmica o la compresión isentrópica requieren menor trabajo neto de
compresión? Explique por qué?