Generación de energía: Ciclos de potencia a gas

UPC  UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS

División de Estudios Profesionales para Ejecutivos                           TERMODINÁMICA  APLICADA

Seminario N°6

 Generación de energía: Ciclos de potencia a gas

Motor de encendido por chispa (Ciclo Otto)

1. La relación de compresión de un ciclo Otto de aire estándar es 9.5. Antes del proceso de compresión isentrópica el aire está a 100 kPa, 35oC y  ocupa 1600 cm3. La temperatura final del proceso de expansión es  550oC.  

1. Calcule la temperatura más alta en el ciclo
2.  El calor transferido por ciclo
3.  La eficiencia térmica
4. La potencia desarrollada en el cigüeñal si éste gira a razón de 2500 rpm

Datos para el aire:    CV = 0.716 kJ/kg. K , CP = 1.0034 kJ/kg K   γ = 1.4  Masa molar = 29 kg/kmol

                R = 8.314 kJ/kmol. K  = 8.314 kPa. m3/kmol K = 0.082 atm.m3/kmol. K

1. Un motor de gasolina (Otto) tiene una relación de compresión igual a 8. Al inicio de la compresión  el aire está a 25oC y 100 kPa y la temperatura máxima en el motor  es de 1500oC. Si el consumo de combustible es de 8 L/h (densidad = 0.75 kg/L) , el poder calorífico del combustible es 45 000 kJ/kg y la eficiencia del motor (eficiencia térmica)  es 30%, determine:

1. La potencia entregada por el motor
2. El volumen de aire admitido en cada ciclo, si el cigüeñal gira a razón de 1400 rpm

Motor de encendido por compresión (Ciclo Diesel)

1. Un motor de encendido por compresión de seis cilindros, de cuatro tiempos y de 4.8 L, opera en el ciclo diesel ideal con una relación de compresión de 17. El aire está al principio de la compresión a 95 kPa y 55oC y la velocidad de giro del motor es 2000 rpm. El motor usa combustible diesel ligero con un poder calorífico de 42 500 kJ/kg, una relación de aire-combustible de 24. Determine:

1. La temperatura máxima y la relación de corte
2. La salida de trabajo neto por ciclo y la eficiencia térmica
3. La salida de potencia neta
4. El consumo de combustible específico (masa de combustible/kWh de trabajo neto

       Datos:             CP =  1.110 kJ/kg.oC      CV =  0.823  kJ/kg.oC            γ = 1.349

1. Un yate tiene un motor que funciona según un ciclo Diesel con una relación de compresión de 18 y una relación de corte de admisión de 2. Al principio del proceso de compresión el aire está a 100 kPa,  17°C y  el volumen total es 4.5 L. El eje del motor gira a razón de 1200 rpm.

1. Calcule  la potencia desarrollada por el motor
2. Si la relación de masa de aire a masa de combustible es de 20 a 1, determine el consumo de combustible (litros) en un viaje de 500 millas de distancia, si se sabe  que la velocidad del yate es de 10 millas/hora y la densidad del combustible 0.8 kg/L    

Motor de turbina a gas (Ciclo Brayton)

1. Una planta eléctrica de turbina de gas opera en un ciclo simple Brayton con una relación de presiones de 12. El fluido de trabajo es aire que entra al compresor a 30oC y 100 kPa, a  razón de 150 m3/min y sale de la turbina a 500oC.  Determine:

1. La producción neta de potencia
2. La relación de trabajo de retroceso (retrotrabajo)
3. La eficiencia térmica

1. Un ciclo simple ideal Brayton opera con aire con temperaturas mínima y máxima de 27oC y 727oC. Está diseñado de modo que la presión máxima en el ciclo es 2000kPa y la presión mínima es 100 kPa. Determine:

1. El flujo de aire (kg/s) que debe ingresar al compresor para una potencia neta entregada de 5 MW
2. El consumo de gas natural (poder calorífico 40 000 kJ/kg)

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