1RE EXAMEN-2DO CORTE-2023-I

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UNIVERSIDAD DE CORDOBA 
FACULTAD DE INGENIERIA 
INGENIERÍA MECÁNICA 
 MAQUINAS TERMICAS 
Prof. Jesús David Rhenals 
 
 
¡Que la fuerza te acompañe! 
Usted debe resolver los siguientes ejercicios en pareja y obligatoriamente usando el software EES. 
 
1. [75%] En un lugar de la mancha, de cuyo nombre no quiero acordarme… opera una central de generación de 
energía con ciclo Brayton de gas simple como se muestra en la figura. 
 
 
 
Nomenclatura Elemento Característica 
K-100 Compresor Eficiencia isentrópica del 80% 
E-100 Calentador Caída de presión de 15 kPa 
K-101 Turbina Eficiencia isentrópica del 85% 
 
Los directivos de la central están dispuestos a hacer una inversión para mejorar la eficiencia del ciclo y para ello tienen un 
tope de capital de 150 MCOP, usted es contratado por la empresa para realizar la reforma de la planta con miras a la 
optimización de la eficiencia, por lo que debe elegir alternativas para la mejorar la eficiencia y elaborar un informe con los 
cálculos que soporten su elección. 
Para ello suponga que el fluido de trabajo necesario se tiene disponible con un costo despreciable. 
 
 A continuación, se presentan las alternativas disponibles en el mercado con sus costos y condiciones de funcionamiento. 
 
 
UNIVERSIDAD DE CORDOBA 
FACULTAD DE INGENIERIA 
INGENIERÍA MECÁNICA 
 MAQUINAS TERMICAS 
Prof. Jesús David Rhenals 
 
 
¡Que la fuerza te acompañe! 
Equipo Costo [MCOP] Condiciones de funcionamiento 
Recalentador 8,42 • Opera idealmente. 
Turbina de gas 39,60*relación de presión • Eficiencia isentrópica del 85%. 
Enfriador de gas 19,80 • Opera idealmente. 
Compresor 3,47*relación de presión 
• Eficiencia isentrópica del 80%. 
• Relación de presión de 10. 
Intercambiador 0,5*(�̇�𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑟𝑖𝑜 + �̇�𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒) 
• Temperatura de salida de la línea 
caliente de 200 °C. 
Turbina de vapor. 406,5*Flujo de vapor/relación de presión. 
• Eficiencia isentrópica del 90%. 
• Calidad en la salida 0,92. 
Bomba 0,075* Flujo de vapor*relación de presión. • Eficiencia isentrópica del 75%. 
Enfriador de vapor 1,7*flujo de vapor • Prensión constante de 75 kPa. 
Calentador abierto 2,5*Flujo de vapor 
• Presión de funcionamiento de 200 
kPa 
Calentador cerrado 1,5*Flujo de vapor 
• Presión de funcionamiento de 200 
kPa 
Cámara de 
mezclado 
0,85* Flujo de vapor • Opera idealmente. 
 
Con cualquier alternativa que usted elija se debe gastar el 85% del presupuesto total disponible y el 
informe debe mostrar claramente alternativa planteada, condiciones de operación y costo, además se 
debe calcular la relación potencia neta/costo y la relación eficiencia/costo. 
 
 
2. [25%] Se tiene un motor que opera según el ciclo Diesel, con las siguientes características: 
 
• Relación de compresión: 18:1 
• Temperatura del aire de admisión: 300 K 
• Presión del aire de admisión: 1 bar 
• Eficiencia térmica del ciclo: 42% 
• Precio del combustible diésel: $1.80 por litro 
• Consumo de combustible: 0.23 litros por kWh generado 
• Costo de mantenimiento anual del motor: $30,000 
• Se requiere calcular el costo de generación de energía por kWh considerando los 
parámetros del ciclo Diesel mencionados. 
Consideraciones adicionales: 
 
• La planta generará 1,500,000 kWh de electricidad al año. 
• El año tiene 365 días. 
 
Usted debe calcular el costo de generación de energía y el costo anual de combustible. Grafique además 
el diagrama termodinámico del ciclo y evalúe el impacto del incremento de la relación de compresión sobre 
el costo de consumo de combustible y de generación considerando que por cada una unidad de aumento 
de la relación de compresión el motor aumenta su costo en un 17%.