Universidad Internacional de las Américas

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Electromecánica

EM-20 II examen parcial. Parte para la casa.

Termodinámica II Fecha entrega: 20 de Noviembre, 2015

Valor: 40 % del I examen parcial.

Indicaciones:

- El examen es individual. Cualquier señal de plagio anulará la puntuación total de

la prueba.

- Debe ser resuelto en hojas bond tamaño carta con lapicero de tinta azul o negra. No

se admitirán exámenes resueltos en computadora.

- No colocar hoja de portada, poner los datos personales al inicio de la primera hoja.

- No se admitirá reclamos al emplear lápiz o corrector.

- El examen resuelto debe ser entregado la siguiente lección en horario de clase. No

se admitirá entregas tardías.

- No se admitirán exámenes en hojas sueltas.

- Puntaje total: 100 puntos.

Problemas [70%]

1- Un motor de gasolina de cuatro tiempos tiene una relación de compresión de 10 con

cuatro cilindros con un desplazamiento total de 2,3 Litros. El estado de entrada es 280 K y

70 kPa y el motor gira a 2100 RPM. El proceso de combustión añade 1800 kJ/kg al ciclo

termodinámico ¿Cuánta potencia mecánica produce el ciclo? Asuma un ciclo Otto ideal.

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2- El aire a la entrada a un ciclo Brayton está a 300 K y 100 kPa y la combustión añade 670

kJ/kg. La temperatura máxima es 1 200 K debido a consideraciones de material. ¿Cuál es la

relación de compresión máxima admisible? Para esta relación calcule el trabajo neto y la

eficiencia del ciclo asumiendo calores específicos constantes.

3- Un turbina de gas basado en el ciclo Brayton entrega 100 MW a un generador eléctrico.

La temperatura mínima en el ciclo es 300 K, y la máxima temperatura es 1600 K. La

presión mínima en el ciclo son 100 kPa y la relación de presión es 14. Calcule la potencia

de salida de la turbina. ¿Qué fracción de potencia de la turbina se requiere para accionar el

compresor? ¿Cuál es la eficiencia térmica del ciclo?

Preguntas [30%]

1- Describa y dibuje en diagramas T-s y P-v los siguientes ciclos ideales

a- Ciclo Otto.

b- Ciclo Diesel.

c- Ciclo Brayton.

Indique claramente los procesos isentrópicos, los flujos de calor de entrada y salida, los

trabajos netos de entrada y salida. Indique también si hay procesos de presión y/o

volumen constante.

2- Para una relación específica de compresión, ¿es más eficiente un motor de diésel o uno

de gasolina? Explique.

3- ¿Cómo se relacionan las rpms de un motor real de cuatro tiempos con el número de

ciclos termodinámicos? ¿Cuál sería su respuesta para un motor de dos tiempos? Explique.

4- En el ciclo Brayton, para temperaturas máxima y mínima fijas, ¿cuál es el efecto de la

relación de presiones sobre a) la eficiencia térmica y b) la producción neta de trabajo de un

ciclo Brayton ideal simple?