UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFacultad de Ingeniería Mecánica - Energía
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica
““Termodinamica II’’Termodinamica II’’
“SOLUCIONARIO DEL EXAMEN
PARCIAL”
INTEGRANTES:
CERNA NOGUEIRA EDSON JAVIER 072855C
CORDOVA SANCHEZ ALAN GUSTAVO 072156H
CCOÑAS CENTENO ANGEL 072880H
BALDEON CASTILLO MIGUEL ANGEL 072153I
HINOJOSA VILCAPOMA CESAR A. 052035K
Profesor: Ing. José Tezen Campos.
G.H: 01 L
Bellavista – Callao
2011
PROBLEMA 1
En una combustión completa de exano liquido con 40% de exceso de aire, los productos se expulsan a 1400 k; si se considera que los reactivos ingresaron a 298 K y que la presión es constante. Determinar:
A. El calor transferido en KJ/Kmol.
B. La relación aire – combustible, si con la misma transferencia de calor los productos se expulsan a 1200 K.
SOLUCIÓN
Ecuación estequiometria de combustión:
C6H14+B (O2+3.76N2) → a CO2+b H2O+d N2
C: a=6
H: b=7
O: B=9.5
Ecuación real de combustión:
C6H14+1.4*9.5 (O2+3.76N2) → a CO2+b H2O+f O2+ g N2
C: a=6
H: b=7
O: f=3.8
N: g=50.008
A) calor transferido:
Q =HR +HP
HR (TR=25°C) = (h°f +∆h) C6H14 + 0 + 0
HR =-198956 KJ/Kmol
Entalpia de productos a 1400 °K:
HP = 6(h°f +∆h) CO2 +7(h°f +∆h) H2O +3.8 (h°f +∆h) O2 +50.008(h°f +∆h) N2
HP =6(-393522+55907) + 7(-241827+43447) + 3.8 (36966) + 50.008(34936)
HP =-1526799.712 KJ/Kmol
Entonces:
Q =HR +HP =-1327843.712 KJ/Kmol
B) Relación aire combustible:
Q = HR (1200 °K) + HP (25°C)
HR =-198956 KJ/Kmol
HP = 6(h°f +∆h) CO2 +7(h°f +∆h) H2O + (B´ - 9.5) (h°f +∆h) O2 + (B´ - 3.76) (h°f +∆h) N2
Hp =6(-393522+44484) + 7(-241827+34476) + (B´ - 9.5) (29765) + (B´ - 3.76) (28108)
Reemplazando: B´=18.4613
Donde: B´= e *(B)
e = 1.9432
Luego:
PROBLEMA 2
Se comprime aire isoentropicamente desde 1 BAR hasta 8 BAR. Si la eficiencia volumétrica es de 85%, N= 800 RPM y VD = 0.3 m^3. Determinar:
A. La potencia del compresor en KW.
B. El ahorro de trabajo, si la compresión se realiza en 2 etapas en KJ/min.
C. Graficar los procesos de compresión en los diagramas P – V y T - s
SOLUCIÓN
Datos:
Isentropico K=1.4, P1=1bar, P2= 8bar, ev=85%, N=800RPM, VD=0.3m3
Graficando:
A) Potencia del compresor:
Calculando:
Entonces
V1= 0.255m3
B) Ahorro de trabajo:
Compresor de 2 etapas:
Sabemos:
Reemplazando y convirtiendo:
C.- diagrama P-V y T-S.
GRAFICA P – V:
GRAFICA T – S:
PROBLEMA 3
En un motor Diesel teórico de 2 tiempos, 10 cilindros y 1400 RPM, se hace una prueba de
verificación de compresión y se encuentra que al final de la compresión P=48.5 Bar y T= 873.5 K. el
motor usa un combustible de PC=42000 KJ/K y en condiciones de máxima potencia r a/c= 19,
cuando la eficiencia de la combustión es 90%. Si la eficiencia térmica del ciclo es de 56% y las
dimensiones del VM de cada cilindro son de 150 cc, si Cp =1.0035; Cv =0.7165; R= 0.287 KJ/Kg.K
Determinar:
A. La potencia térmica del motor en KW
B. La temperatura al inicio de la compresión (K).
C. ¿Cómo es la eficiencia de este ciclo Diesel con respecto a la de un motor de explosión con
relación de volumen muerto 15%?
SOLUCION
= Cp( - ) = .Pc.
= . = Cp( - )
+ .
= + 873,5
= 2856,0348 K
Calculando :
= 1- .( )
= = = 3,27.
Reemplazando: = 16,13
calculando: :
= = → = 2,42.
= N. = (2,42. )
= 5,64.
Calculamos :
= → = 98,87Kpa
= → =287,246°K
. =
= 6,765.
A.-hallamos la potencia térmica:
= . . .Pc
= 1432,0152 kw
B.- temperatura de inicio:
= 287.216°K
C.-Comparamos C = 0,15.
= = 7,6667.
=1 –
= 55,73 %
=
Ambos motores poseen eficiencias iguales
PROBLEMA 4
Un ciclo Sabathe tiene una relación de compresión de 14, el aire esta a 100 KPa y 300 K al
principio del proceso de compresión y a 2200 k al final del proceso de adición de calor. La
transferencia de calor al aire es parcial a volumen constante y parcialmente a presión constante y
ascendente a 1520.4 KJ/Kg. suponga calores específicos constantes para el aire y determine:
A. La cantidad de calor transferido en el proceso isotérmico
B. La eficiencia térmica del ciclo, en %
SOLUCION
= 100KPa
= 300°K
= + = 1520.4
A.- cantidad de calor transferido: proceso isométrico.
= ?
= Cp( - )
= Cv( - )
Ahora:
= . = 862.13°k
+ 1,0035(2200 - )
= 240°k.
Como : <
Es Absurdo!!!
Por ende la eficiencia es inconsistente.