Termodinámica 2003
Practica
CICLO DE MAQUINAS TÉRMICAS Y FRIGORÍFICAS
Problema 1
Calcular EL coeficiente de efecto frigorífico de lso siguientes ciclos y
compararlos entres sí, siendo el fluido utilizado amoníaco.
a)
cliclo ideal de Carnot funcionando entre las temperaturas del evaporador
(tev = -10°C) y la temperatura del condensador (tcond =
38°C)
b)
ciclo de Carnot funcionando entre las mismas temperaturas del caso (a),
pero utilizando en la expansión una válvula reductora de presión
c)
ciclo de Carnot funcionando entre las mismas temperaturas del caso (a),
realizando una compresión a régimen seco
d)
ciclo de Carnot funcionando entre las mismas temperaturas del caso (a),
subenfriando el fluido del refrigerante a la salida del condensador 8°C.
Respuesta: a) 5,48 ; b) 4,70 ; c) 4,87 ; d) 5,05.
Problema 2
Un refrigerador emplea un refrigerante R-12 como fluido de trabajo y
opera en un ciclo de refrigeración ideal por compresión de vapor entrre 0,12
MPa y 0,7 MPa. La realción de flujo másico frl refrigerante es 0,05 Kg / s.
Representar el ciclo en un diagrama TS y determinar:
a)
calor extraido del es´pacio –refrigerador
b)
entrada de potencia del compresior
c)
calor cedido al ambiente
d)
coeficiente de efecto frigorífico
Respuesta: a) 5,68 KW ; b) 1,55 KW ; c) 7,24 KW ; d) 3,67.
Problema 3
Una bomba de calor que usa refrigerante R –12 calienta una casa, para la
cual emplea agua subterránea a 8°C como fuente de calor. La casa pierde caor a
razón de 60000 KJoule / h. El refrigerante entra al compresor a 280 Kpa y 0°C y
sale a 1 MPa y 60°C. El refrigerante abandona el condensador a 30°C..
Determinar:
a)
la entrada de potencia a la bomba de calor
b)
la relación de absorción de calor del agua
c)
el aumento en la entrada de potencia eléctrica se se utiliza un
calentador de resistencia electrico en vez de una bomba de calor
Respuesta: a) 3,24 KW ; b) 13,4 KW ; c) 13,43 KW
Problema 4
Un compresor de amoníaco aspira vapor húmedo a una temperatura de tev
= -10°C y lo comprime hasta un estado de vapor saturado de 1312,2 Kpa. La
temperatura de entrada a la válvula de expansión es de 30°C. El compresor es de
doble efecto, siendo el diámetro del cilindro de 305 mm, carrera del pistón de
356 mm, velocidad de rotación 200 rpm y su rendimiento volumétrico en
condiciones normales de trabajo es de 0,78. Considerando el ciclo ideal,
determinar:
a)
el coeficiente de efecto frigorífico
b)
las frigorías por hora del refrigerante expresada en TR
c)
potencia del compresor en KW y CV
Respuesta: a) 5,36 ; b) 57,9% ; b) 301520,3 Kcal / h (100 TR) ; d) 88,94
CV, 65,4 KW
Problema 5
Una máquina que produce hielo opera con base en un ciclo ideal por
compresión de vapor y masa refrigerante R –12. el refrigerante entra al
compresor como vapor saturado a 160Kpa y sale del condensador como líquido
saturado a 700Kpa. El agua entra a la máquina de hielo a 15°C y sale como hielo
a –5°C. Para una relación de producción de hielo de 12 Kg / h, determine la
entrada de potencia a la máquina de hielo
Se necesitan extraer 384 Kj de calor por Kg de a agua a 15°C para
convertirla en hielo a –5°C.
Respuesta: 0,283 KW.
Problema 6
El fluido de un ciclo de Rankine ideal es vapor de agua. Ala turbina
entra vapor saturado a 8 MPa y del condensador sale líquido saturado a las
presión de 8 Kpa.
La potencia neta obtenida es de 100 MW.
Determinar para el ciclo:
a)
rendimiento térmico
b)
flujo másico de vapor en Kg / h
c)
calor absorbido Qe por el fluido de trabajo a su paso por la
caldera en MW.
d)
Calor cedido Qs por el fluido de trabajo en el condensador en
MW.
e)
El flujo másico de agua de refrigeración en el condensador en Kg /h si el
agua entra en el condensador a 15°C y sale a 35°C.
Respuesta: a) 37 % ; b) 376900 Kg / h ; c) 270 MW ; d) 170 MW ; e) 7,3.106
Kg / h.
Problema 7
En el ciclo de potencia anterior reconsiderar en el análisis de la
turbina y la bomba tienen una eficiencia del 85%.
Determina para el ciclo modificado:
a)
rendimiento térmico
b)
flujo másico de vapor en Kg / h, para una potencia de alida de 100 MW
c)
calor absorbido Qe por el fluido de trabajo a su paso por la
caldera en MW.
d)
Calor cedido Qs por el fluido de trabajo en el condensador en
MW.
e)
El flujo másico de agua de refrigeración en el condensador en Kg /h si el
agua entra en el condensador a 15°C y sale a 35°C.
Respuesta: a) 31,4 % ; b) 445027 Kg / h ; c) 318,27 MW ; d) 218,23 MW ;
e) 9,38.106 Kg / h
Problema 8
En un ciclo con sobrecalentamiento y recalentamiento se usa vapor de agua
como fluido de trabajo
El vapor entra en la primera etapa de la turbina a 8 MPa y 480°C y se
expande hasta 0,7 MPa. Este recalienta entonces hasta 440°C antes de entrar en
la segunda etapa de la turbina, donde se expande hasta la presión del
condensador de 8Kpa.
La potencia neta obtenida es de 100 MW,
Determinar:
a)
rendimiento térmico del ciclo.
b)
Flujo másico de vapor en Kg / h
c)
Flujo de calor Qs cedido por el vapor en el condensador en MW.
Respuesta: a) 40,3% ; b) 236300 Kg / h ; c) 148 MW.
Problema 9
En un ciclo de potencia regenerativo con un calentador abierto del agua
de alimentación, el vapor de agua entra en la turbina a 8 MPa y 480°C y se
expande hasta 0,7 MPa donde parte de este vapor es extraído y enviado al
calentador abierto del agua de alimentación que opera a 0,7 MPa. El resto de
vapor se expande en la segunda etapa de la turbina hasta la presión del
condensador de 8 Kpa . La salida del calentador es líquido saturado a 0,7 MPa.
La eficiencia isentrópica de cada etapa de la turbina es de 85%.
Si la potencia neta del ciclo es de 100 Mw, determinar:
a)
el rendimiento térmico
b)
el flujo de masa de vapor que entra la primera etapa de la turbina en Kg
/ h/.
Respuesta: a) 26,9% ; b) 3689665.1 Kg / h
Problema 10
La relación de compresión de un ciclo Otto de aire standard es de 9,5.
Antes del proceso del compresión isentrópica el aire está a 100 Kpa, 17°C y 600
cm3.
La temperatura del final del proceso de expansión isentrópica es 800 K.
Emplee valores de calores específicos a temperatura anmbiente
Determinar:
a)
la temperatura y presión más alta en el ciclo
b)
cantidad de calor transferida en KJoule
c)
eficiencia térmica
d)
presión media efectiva
Respuesta: a) 1969 K, 6449 KPa ; b) 0,65 KJoule ; c) 59,4%; d) 719 KPa
Problema 11
Una máquina diesel ideal tiene una relación de compresión de 20 y emplea
aire como fluido de trabajo. El estado del principio del procedo de compresión
es de 95 Kpa y 20°C. Si la temperatura máxima en el ciclo no supera 2200 K,
determine:
a)
eficiencia térmica
b)
presión media efectiva.
Suponga calores específicos constantes para el aire a temperatura
ambiente
Respuesta: a) 63,5% ; b) 983 Kpa
Problema 12
En un ciclo Brayton simple como fluido de trabajo se emplea aire que
tiene una relación de presiones de 12, una temperatura de entrada del compresor
de 300 K y una temperatura de entrada de la turbina de 1000 K. Determinar la
relación de flujo de masa requerida del aire para una salida de potencia neta
de 30 MW. Suponga que tanto el compresor como la turbina tienen una eficiencia
isentrópica de:
a)
100%
b)
80%
Suponga calores específico constantes a temperatura ambiente
Respuesta: a) 150, Kg / s ¸ b) 1581 Kg / s