Asignación #2: Ciclos de Gas

Los siguientes problemas son para resolver en grupo de 5 estudiantes y deben ser entregados a más tardar el lunes 25 del mes en curso; recuerde entregar el enunciado, el esquema, los diagramas termodinámicos y la solución respectiva.

1. Una máquina de 2 tiempos y 4 cilindros que funciona en un ciclo Otto tiene un volumen de 450 litros, presión de 1 bar y temperatura de 30ºC al inicio de la carrera de compresión; si la relación de compresión es de 11:1 y se agregan 210 KJ de calor, utilice el modelo de aire estándar con calor específico variable y determine:

· La presión, temperatura y volumen en cada estado del ciclo.

· La presión media efectiva.

· La eficiencia térmica del ciclo.

· La potencia ideal desarrollada por la máquina en KW si gira a 750 rpm.

2. Un motor con un cilindro con diámetro de 200 mm y carrera de 300 mm trabaja en un ciclo Diesel teórico. La presión y la temperatura inicial del aire empleado son 1 bar y 27ºC, respectivamente; si el corte de la inyección es a 8% de la carrera y la relación de compresión es 15, utilice el modelo de calor específico variable y determine:

· La presión, la temperatura y el volumen en cada estado del ciclo.

· La eficiencia térmica del ciclo.

· La presión media efectiva.

3. En una turbina de gas, el aire entra al compresor de baja presión a 15°C y 1,1 bar para salir de éste y entrar a un interenfriador del cual sale a 22°C; el aire enfriado pasa a través del compresor de alta presión, luego pasa a un regenerador y después pasa a la cámara de combustión de donde sale a 677°C. Estos productos pasan a través de la turbina de alta presión, la cual impulsa a ambos compresores mientras que la turbina de baja presión es la que impulsa al generador eléctrico de la planta. Los gases que salen de la TBP se utilizan para precalentar el aire en el regenerador. Si la relación de presión en cada compresor es 2, la eficiencia isentrópica de cada compresor y cada turbina es 0.85, la eficacia del regenerador es 75% y el flujo de aire es 15 Kg/seg. Asumir calor específico variable y determine la potencia neta generada y la eficiencia térmica de la planta.

4. Una turbina de gas opera en un ciclo Brayton cerrado regenerativo entre las temperaturas de 1540°F y 60°F y entre los límites de presión de 15 psia y 70 psia con eficiencias de 80% y 85% para el compresor y la turbina respectivamente. Esta planta de gas se combina con una planta de vapor que opera en un ciclo Rankine con recuperación interna de calor mediante un calentador de contacto directo; en este ciclo el vapor entra a la turbina, la cual tiene 85% de eficiencia, a 600°F y funciona entre los niveles de presión de 400 psia, 100 psia y 1 psia. Dibuje el esquema de la unidad de ciclo combinado, utilice el modelo de calor específico constante y determine la eficiencia de cada  ciclo: gas, vapor y combinado.