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9-14 En un sistema cerrado se ejecuta un ciclo de aire-estándar con calores específicos variables con 0. kg de aire y está compuesto por los siguientes cuatro procesos: 1-2 Adición de calor con v = constante de 95 kPa y 17 °C a 380 kPa 1-3 Expansión isentrópica a 95 kPa 3-1 Rechazo de calor con P = constante hasta el estado inicial a ) Muestre el ciclo en los diagramas P- v y T-s. b ) Calcule el trabajo neto por ciclo, en kJ. c ) Determine la eficiencia térmica. 9-19 Un ciclo de Carnot de aire-estándar se ejecuta en un sistema cerrado entre límites de temperatura de 350 y 1 200 K. Las presiones antes y después de la compresión isotérmica son de 150 y 300 kPa, respectivamente. Si la producción neta de trabajo por ciclo es de 0.5 kJ, determine a ) la presión má xima en el ciclo, b ) la transferencia de calor al aire y c ) la masa de aire. Suponga calores específicos variables para el aire. Respuestas: a ) 30.0 MPa, b ) 0.706 kJ, c ) 0.00296 kg
9-40E Un ciclo de Otto ideal con aire como fluido de trabajo tiene una relación de compresión de
- Las temperaturas mínima y má xima del ciclo son 540 y 2 400 R. Teniendo en cuenta la variación de los calores específicos con la temperatura, determine a ) la cantidad de calor transferido al aire durante el proceso de adición de calor, b ) la eficiencia térmica y c ) la eficiencia térmica de un ciclo de Carnot que opera entre los mismos límites de temperatura. 9-54E Un ciclo Diésel de aire está ndar tiene una relación de compresión de 18.2. El aire está a 120 °F y 14.7 psia al principio del proceso de compresión y a 3 200 R al final del proceso de adición de calor. Teniendo en cuenta la variación de los calores específicos con la temperatura,
9-67 Desarrolle una expresión para la relación de cierre de admisión rc que la exprese en términos de q ent( cpT 1 r k –^1 ) para un ciclo Diésel de aire est ándar. 9-88 Un ciclo Brayton ideal simple opera con aire a temperaturas mínima y m áxima de 27 °C y 727 °C. Se diseñó con una presión de ciclo má xima de 2 000 kPa y una presión mínima del ciclo de 100 kPa. Determine el trabajo neto producido por una de masa de aire cada vez que este ciclo se ejecuta y la eficiencia térmica del ciclo. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente.
9-97 Una planta eléctrica con turbina de gas opera en un ciclo Brayton modificado como se muestra en la figura, con una relación total de presiones de 8. El aire entra al compresor a 0 °C y 100 kPa. La temperatura má xima del ciclo es 1500 K. El compresor y las turbinas son isentrópicos. La turbina de alta presión desarrolla sólo la suficiente potencia para operar el compresor. Suponga propiedades constantes para el aire a 300 K, con cυ = 0.718 kJ/kg·K, cp = 1.005 kJ/kg·K, R = 0.287 kJ/kg·K, k = 1.4. a ) Trace el diagrama T-s para el ciclo. Marque los estados de referencia. b ) Determine la temperatura y la presión en el estado 4, a la salida de la turbina de alta presión. c ) Si la producción neta de potencia es 200 MW, determine el flujo má sico del aire que entra al compresor, en kg/s. Respuestas: b ) 1 279 K, 457 kPa, c ) 442 kg/s 9-107 Un motor de turbina de gas opera en el ciclo Brayton ideal con regeneración, como se muestra en la figura 9-105. Ahora se modifica la instalación del regenerador de modo que los flujos de aire de los estados 2
9-123 Considere una central eléctrica de turbina de gas regenerativa con dos etapas de compresión y dos etapas de expansión. La relación de presiones del ciclo es 9. El aire entra a cada etapa del compresor a 300 K y a cada etapa de la turbina a 1 200 K. Tomando en cuenta la variación de los calores específicos con la temperatura, determine la razón mínima de flujo má sico del aire necesario para desarrollar una potencia neta producida de 110 MW. Respuesta: 250 kg/s 9-128E Reconsidere el problema 9-127E. Determine el cambio de la tasa de adición de calor al ciclo cuando la eficiencia isentrópica de cada compresor es 88 por ciento y la de cada turbina es 93 por ciento.
9-59 Reconsidere el problema 9-58. Usando software apropiado, estudie el efecto de variar la relación de compresión de 14 a 24. Grafique la producción neta de trabajo, la presión media efectiva y la eficiencia térmica como función de la relación de compresión. Trace los diagramas T-s y P - v para el ciclo cuando la relación de compresión es 20.
9-35 Reconsidere el problema 9-34, y con un software apropiado, estudie el efecto de variar la relación de compresión de 5 a 10. Trace la salida de trabajo neto y la eficiencia térmica en función de la relación de compresión. Trace los diagramas T-s y P- v para el ciclo cuando la relación de compresión es 8.
