1. Universidad Arturo Prat
Departamento de Ingeniería
Guía de Ejercicios
“Compresiones Múltiples, Ciclos de Potencia y
Refrigeración”
Académico : Nancy Ebner G.
Ayudantes : Gabriela Alfaro V.
José Luis Aguilera P.
Nota:
“LEA EL PROBLEMA TRES VECES ANTES DE EMPEZAR A RESOLVERLO”
PROBLEMA 1.-
Las condiciones de entrada de una compresor de dos etapas en régimen estacionario, trabaja
con aire a 1,05 bar y 37° C. La presión de salida es 6,3 bar, y la relación de presiones en
cada etapa de compresión es la misma. Si un refrigerador intermedio enfría el aire hasta su
temperatura inicial y las etapas de compresión son isentrópicas. Se le pide:
a) Determinar el trabajo total suministrado, en kJ/kg.
b) Compare los resultados obtenidos en la letra a), considerando el trabajo
requerido en un compresor de una sola etapa.
PROBLEMA 2.-
Un ciclo Rankine tiene vapor que entra a la turbina a 3.000 KPa, 400° C, y una presión de
condensación de 5 KPa. Se dispone de agua para enfriamiento a 20° C. Determine:
a) La eficiencia térmica del ciclo
b) La razón de trabajo consumido
c) La fracción del calor agregado que es energía disponible.
PROBLEMA 3.-
Se necesitan 1,2 KJ/s-Ton para un refrigerador de Carnot que ha de mantener a una región
de baja temperatura a 250 K. Si el sistema frigorífico está produciendo 4 toneladas de
refrigeración, calcular:
a) La potencia requerida en HP.
b) La temperatura alta.
c) El coeficiente de funcionamiento o de realización para el enfriamiento.
d) El calor cedido en Btu/min.
e) El coeficiente de funcionamiento o de realización para el calentamiento.
COP enfriamiento = (refrigeración)/(trabajo) = Qabs / W
COP calentamiento = (efecto calorífico)/(trabajo) = Qced / W
Termodinámica Ingeniería Civil Industrial

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PROBLEMA 4.-
Las condiciones de entrada a una turbina de dos etapas que trabaja con aire en estado
estacionario, son 4 bar y 1.000 K. La presión a la salida es 1 bar, y la relación de presiones
en cada etapa es la misma. Si el aire se recalienta en una cámara de combustión hasta su
temperatura inicial y las etapas de expansión son isentrópicas, se le pide:
a) Determinar el trabajo total obtenido, en kJ/kg
b) Comparar el resultado obtenido en a) con el trabajo obtenido a la salida de una
turbina de un etapa
c) Comente sus resultados comparándolos con los obtenidos en el problema 1
PROBLEMA 5.-
Al inicio de la compresión en un ciclo estándar de aire de Otto la presión y la temperatura
son 14,7 lbf/plg2 abs y 540 °R, respectivamente. La relación de compresión es 8 y el calor
añadido por cada libra de aire es 800 Btu. Determinar:
a) La eficiencia térmica del ciclo.
b) La temperatura máxima durante el ciclo.
c) La presión máxima durante el ciclo.
La presión efectiva media.
PROBLEMA 6.-
Un ciclo ideal de refrigeración con vapor utiliza Amoníaco como sustancia de trabajo. Las
temperaturas de condensación y de evaporación son, respectivamente, 100 y 20 °F.
Determinar:
a) El coeficiente de funcionamiento.
b) La potencia necesaria para producir una tonelada de refrigeración.
c) El gasto de fluido circulante por cada tonelada de refrigeración.
PROBLEMA 7.-
Un ciclo ideal de refrigeración con vapor utiliza Freón-12 como sustancia de trabajo. Las
temperaturas de condensación y de evaporación son, respectivamente, 100 y 20 °F.
Determinar:
a) El coeficiente de funcionamiento.
b) La potencia necesaria para producir una tonelada de refrigeración.
c) El gasto de fluido circulante por cada tonelada de refrigeración.
PROBLEMA 8.-
Considérese el diseño de un ciclo ideal de refrigeración con aire de acuerdo con las
siguientes especificaciones:
• Presión del aire a la entrada del compresor igual a 15 lbf/plg2 abs.
• Presión del aire a la entrada de la turbina igual a 60 lbf/plg2 abs.
• Temperatura del aire a la entrada del compresor igual a 20 °F.
• Temperatura del aire a la entrada de la turbina igual a 80 °F.
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Determinar:
a) El coeficiente de funcionamiento.
b) La potencia necesaria para producir una tonelada de refrigeración.
c) El gasto de aire circulante por cada tonelada de refrigeración.
PROBLEMA 9.-
La relación de compresión en un ciclo de Otto de aire normal es de 8. Al empezar la carrera
de compresión, la presión es de 1.03 kgf/cm2, y la temperatura es 15.6 °C. La transmisión
de calor al aire por ciclo es de 445 kcal/kg m de aire. Calcule:
a) La presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo.
b) El rendimiento térmico.
c) La presión media efectiva.
Datos: Coeficiente adiabático( ) = 1.4;
Cv = 0.171 kcal/kg m-K
Presión media efectiva(pme) = Wneto/ (Ventrada-Vsalida) compresor
PROBLEMA 10.-
En una planta de potencia de vapor que emplea ciclo de Rankine con recalentamiento
utiliza como condiciones de entrada de la turbina a 30 bar y 500 °C. Después de la
expansión sale a 5 bares, el agua se recalienta hasta 500 °C y luego se expande para llegar a
la presión del condensador de 0.1 bar. Calcule:
a) La eficiencia del ciclo.
b) El estado del vapor a la salida de la primera y segunda expansión.
Resultados
Prob.1 a) 182 b) 208
Prob.2 a) 0.362 b) 0.0027 c) 0.388
Prob.3 a) 6.43 hp b) 335 K c) 2.94 d)1073Btu/min
e) 3.94
Prob.4 a) 365 b) 208
Prob.5 a) 0.565 b) 5919 °R c) 1290 lbf/plg2 d)205.0 lbf/plg2
Prob.6 a) 5 b) 0.943 c) 0.432 lbmol/min
Prob.7 a)4.86 b)0.97 c)4.14 lbmol/min
Prob.8 a)2,05 b)2,3 c)7,13 lbmol/min
Prob.9 a) T2=664.7 K P2=18.95kgf/cm2
T4=1.42 K P4=5.1 kgf/cm2
b) 0.565
c) 15 kgf/cm2
Prob.10 a)
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