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.