PROBLEMAS PROPUESTOS DE LA UNIDAD III

a.1) Al compresor de un motor de turbina de gas regenerativa entra aire a 300 K y 100 kPa donde se comprime hasta 800 kPa y 580 K. El regenerador tiene una eficiencia de 72% y el aire entra a la turbina a 1200 K. Para una eficiencia de la turbina de 86%, determine: a) La cantidad de calor transferido por kilogramo de aire en el regenerador. b) La eficiencia térmica del ciclo. Considere calor específico constante.

a.2) Considere el ciclo de turbina de gas mostrado en la Figura. En la primera turbina, el gas se expande hasta la presión P₅ para mover el compresor. En la segunda turbina, el gas se expande y produce una potencia de 100 KW. Considere que el fluido de trabajo es aire y que todos los procesos son ideales. Determine:

a.3) La relación de presión a través del compresor en un ciclo Brayton es 4 a 1. La presión del aire a la entrada del compresor es 100 kPa y la temperatura es 15ºC. La temperatura máxima en el ciclo es 850ºC . El flujo másico de aire es 10 kg/s. Determine la potencia del compresor, la potencia de la turbina y la eficiencia térmica.

a.4) Un ciclo Brayton con regeneración que emplea aire como fluido de trabajo tiene una relación de presiones de 8. Las temperaturas mínima y máxima en el ciclo son 310 K y 1150 K. Suponga una eficiencia adiabática de 75% para el compresor y 82% para la turbina y una eficiencia de 65% para el regenerador, determine: la temperatura del aire a la salida de la turbina , la salida neta de trabajo y la eficiencia térmica. Utilice la figura del problema a.1)

b.1) Considere un ciclo Otto con aire normal que tiene una eficiencia térmica del 56% y una presión media efectiva de 1360 kPa . Si al principio del proceso de compresión la presión y la temperatura son 0.1 Mpa y 20 ºC, determine la presión y la temperatura máxima del ciclo.

b.2) Un ciclo Diesel de aire normal tiene una relación de compresión de 16 y una relación de corte de 2. Al principio del proceso de compresión, el aire está a 95 kPa y 27ºC.

b.3) Un ciclo combinado Otto-Diesel con aire normal funciona con una relación de compresión de 14:1. Las condiciones al principio de la compresión isoentrópica son 27ºC y 100 kPa. El calor suministrado total es 1480 kJ/kg, del cual el 25% se proporciona a volumen constante y el resto a presión constante. Encuentre la eficiencia térmica y la presión media efectiva.

b.4) Un ciclo Diesel con aire normal tiene una relación de compresión de 15:1. La presión y la temperatura al inicio de la compresión son 100 kPa y 17ºC respectivamente. Si la temperatura máxima del ciclo es de 2250 K, obténgase:

c.1) Al compresor de un refrigerador entran 0.04 kg/s de refrigerante 12 como vapor sobrecalentado a 0.15 MPa y –10ºC, saliendo a 0.7 Mpa. El refrigerante se enfría en el condensador hasta 25ºC y se estrangula en la válvula. Considere que la eficiencia del compresor es del 100% y determine:

c.2) Las presiones en el evaporador y en el condensador de una planta frigorífica de 18 kJ/s en el evaporador, que opera con refrigerante 12, son 0.2 y 0.7 Mpa, respectivamente. Para el ciclo ideal, el fluido entra al compresor como un vapor saturado y en el condensador no ocurre subenfriamiento. Calcular:

c.3) Un refrigerador a compresión de vapor usa Freón 12 como fluido de trabajo. El refrigerador permite mantener la temperatura de un espacio en 5ºC. La temperatura del medio exterior es 25ºC. El vapor saturado que sale del evaporador se comprime isoentrópicamente hasta 0.5 MPa en el primer compresor. La mezcla resultante en el mezclador entra como vapor saturado al segundo compresor donde se comprime isoentrópicamente hasta la presión del condensador. Calcule el coeficiente de funcionamiento o rendimiento del ciclo.

c.4) Un refrigerador emplea refrigerante 12 como fluido de trabajo y opera en ub ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor entre 0.1237 MPa y 0.7449 MPa . El flujo másico del refrigerante es 0.05 kg/s.

d.1) Se bombea agua hacia un depósito descubierto a la atmósfera a través de una tubería de 0.25 m de diámetro y una longitud de 5 Km desde la descarga de la bomba hasta el depósito. El nivel de agua en el depósito está a 7 m por encima de la descarga de la bomba y la velocidad promedio del fluido en el conducto es 3 m/s. Calcule la presión a la descarga de la bomba.

d.2) Dos depósitos se conectan mediante tres tuberías limpias de hierro fundido en serie, L₁=600 m, D₁=0.3 m, L₂=900 m, D₂=0.4 m, L₃=1500 m, D₃=0.45 m. Cuando la carga sea de 0.11 m³/s de agua con viscosidad 1.0*10^-3 Pa*s, determine la diferencia de nivel entre los depósitos.

d.3) Dos depósitos que contienen agua, se conectan mediante un tubo de hierro galvanizado de área constante, con un solo codo en ángulo recto, tal como se muestra en la figura. La presión que actúa en la superficie libre del depósito superior es la atmosférica, mientras que la presión manométrica en el depósito inferior es 70 KPa . El diámetro de la tubería es 75 mm. Supóngase que las únicas pérdidas significativas se presentan a lo largo del tubo y en el codo. Determine la magnitud y dirección del gasto volumétrico. u =1.1*10^-6 m²/s. Considere el codo estándar.

d.4) Para el sistema mostrado en la figura calcule la distancia vertical entre la superficie de los dos depósitos cuando el agua con viscosidad 1.3*10^-3 Pa*s fluye de A hacia B a una velocidad de 0.03 m³/s. Los codos son estándar. La longitud total de la tubería de 3” es de 100 m . Para la tubería de 6” es de 300 m. Utilice e=6*10^-5 m para la rugosidad de la tubería.

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

UNIDAD III
CONTENIDO