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Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
Ciclos termodinámicos

TEMA IV. CICLOS TERMODINÁMICOS

Ejercicios resueltos
1. En un ciclo de refrigeración por compresión de un vapor que opera con tetrafluoroetano
(refrigerante R–134a) se sabe que este último entra en el compresor a –10 [°C], 2 [bar] y h = 241
[kJ/kg], sale a 16 [bar] y h = 295 [kJ/kg]. Sabiendo que entra a la válvula deexpansión con una
entalpia específica de 134 [kJ/kg], determine:
a) Los calores referidos a la unidad de masa en el evaporador y en el condensador-enfriador.
b) La potencia del compresor si el gasto másico fue 15 [kg/s].
c) El coeficiente de operación del ciclo.
a) Sistema: refrigerante R–134a.
{q}evap = h1 – h4 = (241 – 134) [kJ/kg]
{q}evap = 107 [kJ/kg]
{q}cond = h3 – h2 = (134 – 295)[kJ/kg]
{q}cond = – 161 [kJ/kg]

b) {W} = {W} t ;

{w} =

{W }
m

{W} = {w} m



{W}comp {w}comp m ;

por otra parte: {q}ciclo + {w}ciclo = 0 ;

{q}evap + {q}cond + {w}comp = 0 ;

{w}comp = – {q}evap – {q}comp

{w}comp = – (107 [kJ/kg] ) – ( – 161 [kJ/kg] ) = 54 [kJ/kg] ;

{W}comp  (54 000 [J/kg] ) (15 [kg/s] );

c)  =

| q evap |
lo que se desea
107 [kJ / kg ]=
;
=
lo que hay que aportar
| w comp |
54[kJ / kg ]


{W}comp = 810 000 [W]

 = 1.9815 [1]

2. Una máquina de combustión interna opera con un ciclo de Diesel ideal con aire (R = 287 [J/(kgK)],
k = 1.4). El gas se recibe a 78 [kPa] y 20 [°C], la relación de compresión es 15, la temperatura
máxima y la presión máxima alcanzada por el fluido es 1 500 [°C] y 3.456 [MPa]respectivamente,
determine, en el SI:
a) El volumen específico del aire al final de la compresión adiabática, es decir su volumen específico
mínimo.
b) El calor, referido a la unidad de masa, que se transmite al gas en el proceso a presión constante.
c) El calor, referido a la unidad de masa, cedido por el fluido en el proceso a volumen constante.

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a)

Sistema: aire como gas ideal.
R T1
Pv=RT;
v1 =
P1
(287 [J /(kg  K )] ) (293.15[K ] )
= 1.0786 [m3/kg]
v1 =
78 000[Pa ]
r=

v1
;
v2

v2 =

b) {2q3} = cp (T3 – T2) ;

v1 1.0786 [m 3 / kg ]
=
;
r
15

v2 = 0.0719 [m3/kg]

v 
para un proceso adiabático:  1 
v 
 2

k 1



T2
;
T1

k 1

v 
T2 = T1  1  = T1 ( r )k– 1 = (293.15 [K] ) (15)1.4 – 1 = 866.017 [K] ;
v 
 2
kR
1.4 (287 [ J /( kg  K )]
cP =
=
= 1 004.5 [J/(kgK)] ;
k 1
1.4  1

{2q3} = (1 004.5 [J/(kgK)] ) (1 773.15 – 866.017 ) [K] ;
c
c) {4q1} = cv (T1 – T4) = p (T1 – T4) ;
k
P2 v 2 P3 v 3
PvT

; v3 = 2 2 3 ; como P2 = P3, entonces
T2 P3
T2
T3
v3 =

{2q3} = 911 215.13 [J/kg]

v 2 T3
(0.0719 [m 3 / kg ] )(1773.15 [K ] )
=
= 0.1472 [m3/kg] ;
T2
(866.017 [K ] )

v 
para un proceso adiabático:  3 
v 
 4

k 1

T
 4 ;
T3

v 
T4 = T3  3 
v 
 4

k 1

;

como v1 = v4 :

1.4  1

 0.1472 [m 3 / kg] 
T4 = (1 773.15 [K] ) 
= 799.4 [K]
 1.0786 [m 3 / kg] 



entonces:
1 004.5 [J /( kg  K )]
( 293.15 – 799.4 ) [K] ;
{4q1} =
1 .4

{4q1} = – 363 234[J/kg]

3. En un ciclo de Rankine básico, como el que se
muestra en la figura, se sabe que el agua entra en la
caldera a 75 [bar] y una entalpia específica de 174.18
[kJ/kg]; entra en la bomba a 0.08 [bar], 1.0084103
[m3/kg] y 41.51 [°C], entra en la turbina como vapor
saturado y seco (v = 0.025445 [m3/kg], u = 2575.15
[kJ/kg]). La turbina produce 118.15 [kJ/kg];
determine, sindespreciar el trabajo en la bomba:
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Ciclos termodinámicos

a) El calor, referido a la unidad de masa, que se le proporciona al agua en la caldera.
b) El trabajo, referido a la unidad de masa, que entrega el ciclo.
a) Sistema: agua como sustancia de trabajo
en el ciclo de Rankine.
{q}sum = h1 – h4 ;
h1 = u1 + P1v1
h1 = (2 575.15 [kJ/kg] ) +...