1. LABORATORIO DE TERMODINAMICA II
Ejemplo 1: Ciclo Rankine Básico
a) Determinar la eficiencia y la potencia de un ciclo Rankine usando vapor. La
presión del condensador es 80 kPa. El caldero trabaja a una presión de 3 MPa
y genera vapor a 400°C. El flujo másico es de 1 kg/s.
Especificar la termodinámica de las etapas del ciclo.
Analizar el efecto de la temperatura del vapor sobrecalentado sobre la
eficiencia del ciclo.
DESARROLLO:
En una hoja nueva del programa termograf v5.7, realizamos un grafico del ciclo
Rankine (temperatura vs entropía)
 Tipo de gas: gas real.
 Tipo de sustancia: agua.
 Unidades: presión (bar), temperatura (ºC), volumen (L), flujo masico (kg/s).
Insertamos los ciclos indicando los puntos de forma ordenada.
Ingresamos datos:
 Condensador: 80 kPa=0.8 bar
 Caldero: 3MPa=30bar
 Estado 2: 400ºC
 Flujo masico: 1 kg/s

2. DATOS TERMODINAMICOS:
 Eficiencia del ciclo: 26.5%
 Potencia: -750.266 KW
 Al Analizar el efecto de la temperatura del vapor sobrecalentado sobre la
eficiencia del ciclo se obtuvo:
b) En base al proceso anterior, ¿cuál sería la mínima calidad de vapor descargado
por la turbina?
La mínima calidad de vapor es: 0.91722

3. c) Determinar la eficiencia y la potencia de un ciclo Rankine usando vapor. La
presión del condensador es 1 psia. El caldero trabaja a una presión de 1250
psia y genera vapor a 1000°F. El flujo másico es de 14 lb/s.
Especificar la termodinámica de las etapas del ciclo.
DESARROLLO:
Unidades:
Presión: psia
Temperatura: ºF
Flujo masico: lb/s
DATOS TERMODINAMICOS

4.  Eficiencia del ciclo: 41.2%
 Potencia: -8220.04 BTU/s
d) Determinar la eficiencia y la potencia de un ciclo Rankine usando vapor. La
presión del condensador es 10 kPa. El caldero trabaja a una presión de 6 MPa
y genera vapor a 600°C. El flujo másico es de 80 kg/s.
Especificar la termodinámica de las etapas del ciclo.
DESARROLLO:
Cambiando datos obtenemos el siguiente gráfico:
DATOS TERMODINAMICOS

5.  Eficiencia del ciclo: 39.9%
 Potencia: -1.105e5 KW
e) Determinar la eficiencia y el flujo másico de un ciclo Rankine usando vapor. La
presión del condensador es 40 kPa. El caldero trabaja a una presión de 5 MPa
y genera vapor a 500°C. La potencia de la turbina es 20 MW.
Especificar la termodinámica de las etapas del ciclo.
DATOS TERMODINAMICOS:

6. Ejemplo 2: Ciclo Rankine
a) Determinar la eficiencia y la potencia de un ciclo Rankine usando vapor. La
presión del condensador es 80 kPa. El caldero trabaja a una presión de 3 MPa y
genera vapor a 400°C. El flujo másico es de 1 kg/s. La bomba tiene una
eficiencia de 85% y la turbina de 88%.
Especificar la termodinámica de las etapas del ciclo.
Analizar la eficiencia del ciclo en función de la eficiencia de la turbina.
DESARROLLO
En una hoja nueva del programa termograf v5.7, realizamos un gráfico del ciclo
Rankine (temperatura vs entropía)
 Tipo de gas: gas real.
 Tipo de sustancia: agua.
 Unidades: presión (bar), temperatura (ºC), volumen (L), flujo masico (kg/s).
Insertamos los ciclos indicando los puntos de forma ordenada.
Ingresamos datos:
 Condensador: 80 kPa=0.8 bar
 Caldero: 3MPa=30bar
 Estado 2: 400ºC
 Flujo masico: 1 kg/s
Modificamos la eficiencia de la bomba y la turbina en el proceso 4-1.

7.  Eficiencia del ciclo: 23.3%
 Potencia: 659.336 kW
 Al Analizar el efecto de la temperatura del vapor sobrecalentado sobre la
eficiencia del ciclo se obtuvo
A menor eficiencia de la turbina menor es la eficiencia del ciclo.

8. b) En base al proceso anterior, si se instala una válvula de estrangulamiento,
antes del ingreso a la turbina, que reduce la presión hasta 2,5 MPa.
Determinar la eficiencia, la potencia y la termodinámica de todo el proceso.
La eficiencia disminuyo hasta los 21.1% y la potencia en
5990.72, la temperatura bajo levemente.

9. c) Determinar la eficiencia y la potencia de un ciclo Rankine usando vapor. La
presión del condensador es 7,5 kPa. El caldero trabaja a una presión de 17 MPa
y genera vapor a 550°C. El flujo másico es de 80 kg/s. La bomba tiene una
eficiencia de 75% y la turbina de 85%.
Especificar la termodinámica de las etapas del ciclo
DESARROLLO
Ingresamos los datos.
DATOS TERMODINAMICOS

10.  Eficiencia del ciclo: 36.6%
 Potencia: 94688.3 kW
Ejemplo 3: Ciclo Rankine (Recalentamiento)
a) Determinar la eficiencia y la potencia de un ciclo Rankine usando vapor. La
presión del condensador es 5 psia. El caldero trabaja a una presión de 1600
psia y genera vapor a 800°F. El vapor es expandido en una turbina ideal hasta
500 psia, para luego ser recalentado hasta 800°F. El flujo másico es de 800
kg/h.
Especificar la termodinámica de las etapas del ciclo.
DESARROLLO:
Ingresamos datos.
DATOS TERMODINAMICOS

11.  Eficiencia del ciclo: 36.8%
 Potencia: 9.076e5 BTU/h
b) Recalcular el problema anterior, considerando que las turbinas tienen
eficiencias de 80% y 75%, mientras que la bomba 70%.
 Eficiencia
bajo hasta: 28.4%
 Potencia:
6.852e5 BTU/h

12. c) Un ciclo Rankine trabaja con una presión del condensador igual a 60 kPa. El
caldero genera vapor a 4,2 MPa y 600°C. El vapor es expande en un turbina
(con una eficiencia de 85%) hasta 800 kPa, y luego es recalentado hasta
550°C. Finalmente, el vapor ingresa a otra turbina (eficiencia: 80%). El flujo
másico es 30 kg/s, y la bomba tiene una eficiencia del 70%.
Especificar la termodinámica de las etapas del ciclo.
Analizar el efecto de la presión de descarga de la primera turbina sobre la
eficiencia del proceso.
DATOS TERMODINAMICOS

13.  Eficiencia: 28.7%
 Potencia: 31720 Kw
 Al analizar el efecto de la presión de descarga de la primera turbina sobre la
eficiencia del proceso se obtuvo:
A mayor presión en la turbina (1), mayor será la eficiencia del ciclo.
d) Se va a implementar un proceso de generación de potencia, en base al ciclo
Rankine. Se dispone de un caldero que genera vapor a 7 MPa y 450°C. El
condensador trabajará a 1 bar. El flujo másico será de 40 kg/s. La bomba tiene
una eficiencia del 80%. Se tiene dos alternativas para las turbinas:
- Alternativa N°1: una sola turbina (eficiencia: 80%)
- Alternativa N°2: tres turbinas (eficiencia: 80%). La primera descarga vapor a
300°C y luego se recalienta hasta 400°C. La segunda descarga vapor a 250°C y
se recalienta hasta 350°C.
Analizar ambas alternativas y proponer una de ellas.
Alternativa N°1:

14.  Con una sola turbina la eficiencia del ciclo es: 24.4%
Alternativa N°2

15.  Eficiencia del ciclo: 26.1%
Analizaremos en dos términos calidad y economía:
*Para la alternativa 2, su eficiencia es mayor: calidad
*Para la alternativa 1, solo una turbina tiene como eficiencia 24.4%, un
porcentaje cercano al de la alternativa 2 (tres turbinas): económico
Ejemplo 4: Ciclos de Combustión Interna
a) Se tiene una máquina de Otto, que inicia su proceso de compresión a 100 kPa y
27°C. Luego la mezcla combustible se comprime hasta obtener una relación de
compresión igual a 8. El calor generado por la combustión es de 700 kJ/kg de
mezcla.
Determinar la eficiencia del ciclo y el trabajo generado, además de la
termodinámica de las etapas del ciclo.
Para esto, considere que el fluido antes y después de la combustión tiene un
comportamiento semejante al aire. La masa del fluido es de 0,01 kg.
Analizar el efecto de la relación de compresión, sobre la eficiencia y el trabajo
producido.
DESARROLLO:
Ingresamos datos:

16. DATOS TERMODINAMICOS:
 Eficiencia del ciclo: 50.5%
 Trabajo: 700 KJ
Al analizar el efecto de la relación de compresión, sobre la eficiencia y el trabajo
producido llegamos a la conclusión que a mayor relación de compresión en un ciclo de
otto mayor será la eficiencia y el trabajo del mismo.

17. b) Repetir el enunciado anterior, en base al ciclo Diesel.
DATOS TERMODINAMICOS:
 Eficiencia del ciclo: 34.9%

18. c) Repetir el enunciado anterior, en base al ciclo Atkinson.
DATOS TERMODINAMICOS:
d) En base al enunciado del apartado (a); se considera que el proceso de combustión
puede representarse mediante dos etapas. La primera es isocórica, y en ella se genera

19. el 40% de la energía de combustión. La segunda etapa es isobárica, generándose la
energía restante. Recalcular.

20. Ejemplo 5: Ciclos de Transferencia Externa de Calor
a) Una máquina, basada en el ciclo Stirling, opera con 0,1 kg de N2, entre 1000°C y
30°C. La máxima y mínima presión que se alcanza en el ciclo son 3 MPa y 500 kPa.
Realizar un análisis termodinámico del proceso.
DESARROLLO:
Ingresamos datos.
DATOS TERMODINAMICOS:

21. f) En base al enunciado anterior, repetir el análisis pero en base al ciclo Ericson:
DATOS TERMIDINAMICOS: