Practica_3_-_F2_-_2016I-_Solucion

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UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: FÍSICA GENERAL II 
Práctica Calificada N° 03 
Fecha: Viernes, 20 de mayo de 2016. 
Sin libros, sin apuntes, sólo formularios, tablas 
y calculadora simple 
NOMBRE: ___SOLUCIÓN________ 
HORA: 7:10 a 8:40 am 
INSTRUCCIONES: CONTESTAR EN EL CUADERNILLO SIMPLE LAS PREGUNTAS DE 
TEORÍA Y EN EL CUADERNILLO DOBLE, LOS EJERCICIOS. TRABAJE CON ORDEN Y 
LIMPIEZA. 
 
TEORIA (5 puntos) 
1.- Mecionar las características de las máquinas térmicas (1.5 puntos) 
1. Reciben calor de una fuente a temperatura alta (energía solar, horno de petróleo, reactor 
nuclear, etcétera). 
2. Convierten parte de este calor en trabajo (normalmente en la forma de un eje en rotación). 
3. Rechazan el calor de desecho hacia un sumidero de calor de baja temperatura (la atmósfera, 
los ríos, etcétera). 
4. Operan en un ciclo 
2.- Mencione con sus propias palabras a que se refiere la segunda ley de la termodinámica (1.5 puntos) 
 No puede haber un rendimiento de 100% 
3.- Haga un esquema de una máquina térmica e indique cada uno de sus componentes. (2 puntos) 
 
 
 
2 
 
EJERCICIOS (15 puntos) 
1.- Un ciclo dual de aire estándar tiene una relación de compresión de 17.5 y una relación de corte de 
admisión de 1.2. La relación de presiones durante el proceso de adición de calor a volumen constante es 
1.2. Al principio de la compresión P1 = 101 kPa. T1 = 25°C y V1 = 0.005 m
3. Use calores específicos 
constantes a temperatura ambiente. 
Se pide: 
a) Dibujar el diagrama P-v del ciclo dual (0.5 puntos) 
b) Hallar la temperatura más alta y la presión más alta del ciclo. (2 puntos) 
c) El trabajo neto en [kJ] (1.5 puntos). 
d) La eficiencia térmica en porcentaje (1 punto). 
 
SOLUCIÓN 
  
  
 
k-1
1.4-1k-11
2 1 1
2
k
1.4k1
2 1 1
2
x 3 presiones 2
x
x 1
2
3
3 x
Procedimiento
V
T =T =Tr = 298 17.5 =936.335K
V
V
P =P =Pr = 101 17.5 =5553.6kPa
V
P =P =r P =1.2 5553.6 =6664.32kPa
P 6664.32
T =T =936.335 =1123.602K
P 5553.6
V
T =T
 
 
 
 
 
 
   
   
  
 
x
k-1
3
4 3
4
=1123.602 1.2 =1348.322K
V
V
T =T
V
 
 
 
 
 
 
 
3 3
4 4
3 34
4
c x
x c
x
x
c
c
ahora
V V
r V
V r
V V
r V
V r
igualando
V V rV
r r V r
  
  
  
 
1 1
3
4 3
4
1 4
4 1
4 1
1.2
1348.322 461.584
17.5
461.584
101 156.443
298
k k
entonces
V
T T K
V
V T
P P kPa
V T
 
   
     
  
    
      
   
 
La presión más alta es 6664.32kPa y la temperatura más alta es 1348.322K. 
3 
 
El trabajo neto en [kJ] 
 
 
 
 
2
3
1 4
0.718 1123.602 936.335 134.458
1.005 1348.322 1123.602 225.844
0.718 298 461.584 117.453
134.458 225.844 117.453 242.849 /
x
x
neto
q
q
q
W kJ kg



  
  
   
   
 
 
 
 
1 1
1
101 0.005
0.005904
0.287 298
0.005904 242.849 1.434neto
PV
m kg
RT
W kJ
  
 
 
La eficiencia térmica en porcentaje 
 
,
242.849
67.4%
134.458 225.844
th ciclodual  

 
2.- En un ciclo Otto antes del proceso de compresión isentrópica, el aire está a 120 kPa, 42°C y 504 cm3. 
La temperatura al final del proceso de expansión isentrópica es de 577°C. Tomando valores de calores 
específicos a temperatura ambiente y sabiendo que su volumen mínimo es 52.5 cm3 determinar: 
a. la temperatura más alta y la presión más alta en el ciclo (1.5 puntos) 
b. la cantidad de calor transferido al fluido de trabajo, en kJ (1.5 puntos) 
c. la eficiencia térmica (1 punto) 
d. la presión media efectiva (1 punto) 
 
Solución: 
a) 
1
0.41
2 1
2
2 2 1 1 1 2
2 1
2 1 2 1
(315 )(9.6) 778.429
778.429
(9.6) (120 ) 2846.826
315
k
v
T T K K
v
Pv Pv v T K
P P kPa kPa
T T v T K

 
   
 
 
     
 
 
Proceso 3-4: Expansión isentrópica 
1
0.44
3 4
3
(850 )(9.6) 2100.523
k
v
T T K K
v

 
   
 
 
Proceso 2-3: v=cte con adición de calor 
3 3 32 2
3 2
3 2 2
2100.523
(2846.826 ) 7681.912kPa
778.429
Pv TPv K
P P kPa
T T T K
 
     
 
 
b) 
 
3
41 1
3
1
4
3 2 3 2
(120 )(0.000504 )
6.6899 10
(0.287 . / . )(315 )
( ) ( ) (6.6899 10 )(0.718 / . )(2100.523 778.429) 0.635en v
PV kPa m
m kg
RT kPa m kg K K
Q m u u mc T T kg kJ kg K K kJ


   
       
 
4 
 
c) 
Proceso 4-1: v=cte con rechazo de calor 
4
4 1 4 1( ) ( ) (6.6899 10 )(0.718 / . )(850 315) 0.257
0.635 0.257 0.378
0.378
59.53%
0.635
sal v
net en sal
net
ter
en
Q m u u mc T T kg kJ kg K K kJ
W Q Q kJ
W kJ
Q kJ

       
    
  
 
d) 
max
min 2
3
, ,
3
1 2 1
0.378 .
837.209
1 (0.000504 )(1 1/ 9.6)(1 )
net sal net sal
V
V V
r
W W kJ kPa m
MEP kPa
V V m kJV
r
 
 
    
   
 
3.- Un motor diesel de cuatro cilindros, de dos tiempos, de 3 L, que opera en un ciclo ideal Diesel tiene 
una relación de compresión de 17.4 y una relación de cierre de admisión de 2.4. El aire está a 58 °C y 101 
kPa al principio del proceso de compresión . Usando las suposiciones de aire estándar frío, determine 
cuánta potencia entregará el motor a 1800 rpm y su eficiencia térmica. (5 puntos) 
1
0.41
2 1
2
3 3 32 2
3 2
3 2 2
(331 )(17.4) 1037.642
(2.4)(1037.642 ) 2490.34
k
v
T T K K
v
Pv vPv
T T K K
T T v

 
   
 
    
 
1 1 1 0.4
3 2
4 3 3 3
4 4
2.4 2.4 2.4
(2490.34 ) 1127.518
17.4
k k k
v v
T T T T K K
v v r
  
       
           
      
 
3
31 1
3
1
3
3 2 3 2
(101 )(0.003 )
3.1896 10
(0.287 . / . )(331 )
( ) ( ) (3.1896 10 )(1.005 / . )(2490.34 1037.64) 4.6567en v
PV kPa m
m kg
RT kPa m kg K K
Q m u u mc T T kg kJ kg K K kJ


   
       
 
3
4 1 4 1( ) ( ) (3.1896 10 )(0.718 / . )(1127.518 331) 1.824
4.657 1.824 2.833 / .
2.833
60.83%
4.657
sal v
net en sal
net
ter
en
Q m u u mc T T kg kJ kg K K kJ
W Q Q kJ rev
W kJ
Q kJ

       
    
  
 
�̇�𝑛𝑒𝑡.𝑠𝑎𝑙 = �̇�𝑊𝑛𝑒𝑡.𝑠𝑎𝑙 =
1800 𝑟𝑒𝑣 
60 𝑠
(2.833
𝑘𝐽
𝑟𝑒𝑣
) = 84.99 𝑘𝑊