Este documento presenta 10 problemas de termodinámica relacionados con compresiones múltiples, ciclos de potencia y refrigeración. Los problemas cubren temas como compresores de dos etapas, ciclos Rankine, refrigeradores de Carnot, turbinas de dos etapas y ciclos de Otto. Se piden cálculos de trabajo, eficiencia térmica, temperatura, presión, coeficiente de funcionamiento y gasto de fluido.
Guía de problemas de termodinámica para estudiantes. Análisis Energético en Sistemas Abiertos. Segunda Ley de la Termodinámica. Universidad de Oriente. Núcleo Anzoátegui Departamento de Ingeniería Química
Guía de problemas de termodinámica para estudiantes. Análisis Energético en Sistemas Abiertos. Segunda Ley de la Termodinámica. Universidad de Oriente. Núcleo Anzoátegui Departamento de Ingeniería Química
Guía de problemas de termodinámica para estudiantes. Entropía. Segunda Ley de la Termodinámica. Universidad de Oriente. Núcleo Anzoátegui Departamento de Ingeniería Química
Guía de problemas de termodinámica para estudiantes. Entropía. Segunda Ley de la Termodinámica. Universidad de Oriente. Núcleo Anzoátegui Departamento de Ingeniería Química
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
2. Universidad Arturo Prat
Departamento de Ingeniería
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.
Termodinámica Ingeniería Civil Industrial
3. Universidad Arturo Prat
Departamento de Ingeniería
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)
Termodinámica Ingeniería Civil Industrial