Capítulo 09: Ciclos de potencia de gas

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-219 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-219 Desde que Aegidius Elling, de Noruega, la introdujo en 1903, la inyección de vapor de agua entre la cámara de combustión y la turbina se usa incluso en algunas turbinas modernas de gas que están actualmente en operación,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-218 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-218 Si el control de temperatura a la entrada del compresor del problema 9-217 se avería, la temperatura a la entrada del compresor varía linealmente con el flujo de gas. Es 40 °C cuando el flujo es 0 kg/s,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-217 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-217 Se le ha pedido diseñar una planta de generación eléctrica en un laboratorio establecido en la Luna. Usted ha seleccionado  un ciclo Brayton simple que usa argón como fluido de trabajo y tiene una relación de presiones de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-216 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-216 Una turbina de gas opera con un regenerador y dos etapas de recalentamiento e inter enfriamiento. Este sistema está diseñado de modo que cuando entra al compresor a 100 kPa y 15 °C, la relación de presiones para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-215 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-215 Gases de escape de la turbina de un ciclo Brayton simple son bastante calientes y se pueden usar para otros propósitos térmicos. Un uso propuesto es generar vapor saturado a 110 °C de agua a 30 °C en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-214 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-214 Escriba un ensayo sobre los desarrollos más recientes sobre los motores de dos tiempos, y averigüe cuándo se podrían ver en el mercado automóviles accionados por motores de dos tiempos. ¿Por qué los principales fabricantes de automóviles tienen…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-213 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-213 Diseñe un ciclo de potencia de aire estándar en sistema cerrado compuesto de tres procesos y que tenga una eficiencia térmica mínima de 20 por ciento. Los procesos pueden ser isotérmicos, isobáricos, isocóricos, isentrópicos, politrópicos o de presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-212 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-212 El peso de un motor diesel es directamente proporcional a la relación de compresión (W = kr), porque se debe usar más metal para robustecer el motor para las presiones más altas. Examine el trabajo neto específico que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-211 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-211 La cantidad de combustible que se introduce a un motor de ignición por chispa se usa en parte para controlar la potencia que produce el motor. La gasolina produce aproximadamente 42 000 kJ/kg cuando se quema con aire…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-210 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-210 .Entra aire a un motor de propulsión por reacción a 320 m/s, a razón de 30 kg/s, y sale a 650 m/s en relación con el avión. El empuje que desarrolla el motor es a) 5 kN b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-209 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-209 Un ciclo ideal de turbina con muchas etapas de compresión y de expansión y un regenerador de efectividad 100 por ciento tiene una relación total de presiones de 10. El aire entra a cada etapa del compresor a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-208 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-208 Considere una turbina de gas que tiene una relación de presiones de 6 y opera en ciclo Brayton con regeneración entre los límites de temperatura de 20 y 900 °C. Si la relación de calores específicos del fluido…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-207 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-207 En un ciclo Brayton ideal con regeneración, se comprime aire de 80 kPa y 10 °C a 400 kPa y 175 °C, se calienta a 450 °C en el regenerador, y luego se calienta más a 1.000 °C…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-206 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-206 En un ciclo Brayton ideal con regeneración, se comprime gas argón de 100 kPa y 25 °C a 400 kPa, y luego se calienta a 1.200 °C antes de entrar a la turbina. La temperatura más alta a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-205 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-205 En un ciclo Brayton ideal, se comprime aire de 100 kPa y 25 °C a 1 MPa, y luego se calienta a 927 °C antes de que entre a la turbina. En condiciones de aire estándar frío, la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-204 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-204 Un ciclo Brayton ideal tiene una producción neta de trabajo de 150 kJ/kg, y una relación del trabajo de retroceso de 0.4. Si tanto la turbina como el compresor tuvieran una eficiencia isentrópica de 85 por ciento, la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-203 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-203 Considere un ciclo Brayton ideal ejecutado entre los límites de presión de 1.200 y 100 kPa, y los límites de temperatura de 20 y 1.000 °C con argón como fluido de trabajo. La producción neta de trabajo de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-202 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-202 En un ciclo Brayton ideal, se comprime aire de 95 kPa y 25 °C a 1 100 kPa. En condiciones de aire estándar, la eficiencia térmica de este ciclo es a) 45 por ciento b) 50 por ciento…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-201 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-201 En un ciclo ideal de Otto, se comprime aire de 1.20 kg/ m3 y 2.2 L a 0.26 L, y la producción neta de trabajo del ciclo es de 440 kJ/kg. La presión media efectiva para este ciclo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-200 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-200 Se comprime gas helio en un ciclo de Otto ideal, de 20 °C y 2.5 L a 0.25 L, y su temperatura aumenta en 700 °C adicionales durante el proceso de adición de calor. La temperatura del helio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-199 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-199 Se comprime aire en un ciclo Diesel ideal de 2 a 0.13 L, y luego se expande durante un proceso de adición de calor a presión constante a 0.30 L. En condiciones de aire estándar, la eficiencia térmica…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-198 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-198 Un ciclo de Carnot opera entre los límites de temperatura de 300 y 2.000 K, y produce 600 kW de potencia neta. La tasa de cambio de entropía del fluido de trabajo durante el proceso de adición de…

  SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-197 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-197 Para los límites especificados de temperaturas máxima y mínima, el ciclo ideal con la eficiencia térmica más baja es Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7…

TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-196 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-196 Un ciclo de Otto con aire como fluido de trabajo tiene una relación de compresión de 10.4. En condiciones de aire estándar, la eficiencia térmica de este ciclo es a) 10 por ciento b) 39 por ciento c) 61 por ciento…

TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-195 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-195 Repita el problema 9-194 usando helio como fluido de trabajo. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas u otra solución que agregar?…

TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-194 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-194 Usando software EES (u otro), determine el efecto del número de etapas de compresión y expansión sobre la eficiencia térmica de un ciclo Brayton ideal regenerativo con compresión y expansión de etapas múltiples. Suponga que la relación total de presiones del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-193 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-193 Repita el problema 9-191 usando helio como fluido de trabajo. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas u otra…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-192 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-192 Repita el problema 9-191 considerando la variación de calores específicos con la temperatura. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-191 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-191 Usando software EES (u otro), determine los efectos de la relación de presiones, la temperatura máxima de ciclo y las eficiencias de compresor y de turbina sobre la producción neta de trabajo por unidad de masa y la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-190 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-190 Repita el problema 9-189 suponiendo eficiencias isentrópicas de 80 por ciento tanto para la turbina como para el compresor. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-189 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-189 Usando software EES (u otro), determine los efectos de la relación de presión en la producción neta de trabajo y la eficiencia térmica de un ciclo Brayton simple para temperatura máxima de ciclo de 1.800 K. Tome el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-188 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-188  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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-187 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-187 Reconsidere el problema 9-186. Determine la relación del trabajo de retroceso para una relación fija de temperaturas mínima a máxima, T1/T3, y determine el límite de la relación cuando r p tiende a la unidad. Compare su resultado…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-186 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-186 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 =…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-185 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-185 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 tres procesos: 1-2 Adición de calor a volumen constante 2-3 Expansión isentrópica…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-184 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 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 = V1 = V2…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-183 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 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,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-182 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-181 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-181 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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-180 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-180 Compare la eficiencia térmica de la turbina de gas de dos etapas con regeneración, recalentamiento e inter enfriamiento a la de una turbina de gas de tres etapas con el mismo equipo cuando a) todos los componentes operan…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-179 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-179 Una planta de turbina de gas opera en el ciclo Brayton regenerativo con dos etapas de recalentamiento y dos etapas de inter enfriamiento entre los límites de presión de 100 y 1 200 kPa. El fluido de trabajo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-178 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-178 Considere un ciclo ideal de turbina de gas con una etapa de compresión y dos etapas de expansión y regeneración. La relación de presiones a través de cada etapa de turbina es la misma. Los gases de escape…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-177 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-177 Repita el problema 9-175 usando helio como fluido de trabajo Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas u otra…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-176 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-176 Reconsidere el problema 9-175. Usando software EES (u otro), estudie los efectos de variar las eficiencias isentrópicas para el compresor y la turbina y la efectividad del regenerador sobre el trabajo neto realizado y el calor suministrado al…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-175 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-175 Un ciclo de turbina de gas con regeneración opera con dos etapas de compresión y dos etapas de expansión. La relación de presiones a través de cada etapa de compresor y de turbina es 4. El aire entra…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-174 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-174 Repita el problema 9-173 usando calores específicos constantes a temperatura ambiente. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas u…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-173 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-173 Considere un ciclo Brayton ideal simple con aire como fluido de trabajo. La relación de presiones del ciclo es 6, y las temperaturas mínima y máxima son 300 y 1.300 K. Ahora se duplica la relación de presiones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-172 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-172 Considere un ciclo Stirling ideal usando aire como fluido de trabajo. El aire está a 350 K y 200 kPa al principio del proceso de compresión isotérmica, y se agrega calor al aire desde una fuente a 1.800…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-171 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-171 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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-170 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 9-170 Repita el problema 9-169 usando calores específicos constantes a temperatura ambiente. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas u…