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TERMODINAMICA TECNICA II. MEC 2250. TRABAJO FUERA DE AULA 2
Fecha De publicación 10/03/2015; Fecha de entrega 24/03/2015; Taller de evaluación 24/03/2015
1.
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 = V1 = V2
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?
2.
Un ciclo de Otto con una relación de
compresión de 7 comienza su compresión a 90 kPa y
15 °C. La temperatura máxima del ciclo es 1 000 °C.
Utilizando las suposiciones de aire estándar,
determine la eficiencia térmica de este ciclo usando
a) calores específicos constantes a temperatura
ambiente y b) calores específicos variables.
Respuestas: a) 54.1 por ciento, b) 51.0 por ciento.
3.
Alguien ha sugerido que el ciclo de Otto de
aire estándar es más preciso si los dos procesos
isentrópicos se reemplazan por procesos politrópicos
con un exponente politrópico n = 1.3. Considere un
ciclo así con una relación de compresión de 8, P1 =
95 kPa, T1 = 15 °C, y la temperatura máxima del ciclo
es 1 200 °C. Determine el calor que se transfiere a
este ciclo y que se rechaza de éste, así como la
eficiencia térmica del ciclo. Use calores específicos
constantes a temperatura ambiente.
Respuestas: 835 kJ/kg, 420 kJ/kg, 49.8 por ciento.
3b) ¿Cómo cambian los resultados del problema 3
cuando se usan procesos isentrópicos en lugar de los
procesos politrópicos?
4.
Un ciclo dual ideal tiene una relación de
compresión de 14 y usa aire como fluido de trabajo.
Al principio del proceso de compresión, el aire está a
14.7 psia y 120 °F, y ocupa un volumen de 98 pulg3.
Durante el proceso de adición de calor, se transfieren
al aire 0.6 Btu de calor a volumen constante y 1.1 Btu
a presión constante. Usando calores específicos
constantes evaluados a temperatura ambiente,
determine la eficiencia térmica del ciclo.
5.
Un ciclo de aire estándar con calores
específicos constantes se lleva a cabo en un sistema
cerrado de cilindro-émbolo, y está compuesto de los
siguientes cuatro procesos:
1-2 Compresión isentrópica con una relación de
compresión, r = V1/V2
2-3 Adición de calor a volumen constante
3-4 Expansión isentrópica con una relación de
expansión re = V4/V3
4-1 Rechazo de calor a presión constante con una
relación de volúmenes, rp = V4/V1
a) Trace los diagramas P-v y T-s para este ciclo.
b) Obtenga una expresión para la eficiencia térmica
del ciclo como función de k, r y rp.
c) Evalúe el límite de la eficiencia cuando rp tiende a
la unidad.
6.
Usando software EES (u otro), determine los
efectos de la relación de compresión sobre la
producción neta de trabajo y la eficiencia térmica del
ciclo de Otto para una temperatura máxima de ciclo
de 2.000 K. Tome el fluido de trabajo como aire que
está a 100 kPa y 300K al inicio del proceso de
compresión, y suponga calores específicos variables.
Varíe la relación de compresión de 6 a 15 con
incrementos de 1. Tabule y grafique sus resultados
contra la relación de compresión.
7.
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 P1=90
kPa, T1 =18 °C y V1= 0.003 m3. ¿Cuánta potencia
producirá este ciclo cuando se ejecute 4.000 veces
por minuto? Use calores específicos constantes a
temperatura ambiente. Suponga que la eficiencia
isentrópica de compresión es 85 por ciento y la
eficiencia isentrópica de expansión es 90 por ciento.
Respuesta: 9.26 kW
8.
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 P1 = 14.4 psia y T1= 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.
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TERMODINAMICA TECNICA II. MEC 2250. TRABAJO FUERA DE AULA 2
Fecha De publicación 10/03/2015; Fecha de entrega 24/03/2015; Taller de evaluación 24/03/2015
Use calores específicos constantes a temperatura
ambiente.
9.
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.
10.
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
the maximum temperature and pressure that occur
during the cycle, (b) the net work output, (c) the
thermal efficiency, and (d) the mean effective
pressure for the cycle
15.
An automobile engine, which can be
modeled as a four-stroke Otto cycle using cold air
standard analysis, has a displacement of 5 liters, a
compression ratio of 7.5, and operate at 3000 RPM.
At the beginning of the compression stroke, the air is
at 27 0C, 100 kPa and the maximum cycle
0
temperature is 1027 C. What is the rate at which
heat is added to this cycle? Resp. 65.5 kW.
16.
An air-standard Diesel cycle has a
compression ratio of 18 and a cutoff ratio of 2. At the
beginning of the compression process, air is at 0.1
o
MPa and 27 C. Determine (a) the temperature and
pressure at the end of each process of the cycle, (b)
the thermal efficiency, (c) the mean effective
pressure
11.
¿Cuál de los procesos de ciclo de Otto del
problema 3(b) 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.
12.
Calcule la destrucción de exergía por cada
proceso del ciclo dual en el problema 7. 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.
13.
Trácese en un diagrama T-s un ciclo de aire
estándar de Otto, superponiendo después un ciclo de
Diesel con las mismas condiciones de entrada, la
misma cantidad de calor añadida y a la misma
presión máxima durante el ciclo. Muéstrese,
mediante la comparación de áreas en el dicho
diagrama T-s, que el ciclo de Diesel posee una mayor
eficiencia térmica que el ciclo de Otto.
14.
An ideal Otto cycle has a compression ratio
of 8. At the beginning of the compression process, the
air is at 100 KPa and 17oC, and 800 KJ/Kg of heat is
transferred to air during the constant-volume heataddition process. Accounting for the variation of
specific heats of air with temperature, determine (a)
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