RESOLUCIÓN DEL EXAMEN FINAL DE
RESOLUCIÓN DEL EXAMEN FINAL DE
TERMODINÁMICA
TERMODINÁMICA
Ing. Díaz Cama, Ali Epifanio
Ing. Díaz Cama, Ali Epifanio
Alumna: León Arriola, Alesan
Alumna: León Arriola, Alesan
dra Maryori
dra Maryori
Código: 2012007157
Código: 2012007157
PROBLEMA 01.PROBLEMA 01. Un flujo de aire entra a un difusor adiabático que opera en régimen Un flujo de aire entra a un difusor adiabático que opera en régimen estacionario a 1 bar, -3°C y 260 m/s, abandonando el mismo con una velocidad de estacionario a 1 bar, -3°C y 260 m/s, abandonando el mismo con una velocidad de 130 m/s. Con el modelo de gas ideal para el aire y suponiendo que no hay variaciones 130 m/s. Con el modelo de gas ideal para el aire y suponiendo que no hay variaciones de energía potencial,
de energía potencial, determine:determine: (a) La temperatura del aire a la
(a) La temperatura del aire a la salida, en °C.salida, en °C.
(b) La máxima presión alcanzable a la salida, en bar. (b) La máxima presión alcanzable a la salida, en bar.
RESOLUCION: RESOLUCION:
a)
a) BALANCE DE ENERGIABALANCE DE ENERGIA
̇̇((
)) ̇ ̇ ̇ ̇
b) b) PRESIONPRESION HallandoHallando
P=1bar P=1bar T=-3ºC T=-3ºC V V11=260 m/s=260 m/s V V11=130 m/s=130 m/s a) T=? a) T=? b) P=? b) P=?
Hallando
PROBLEMA 02. Un flujo de vapor de agua de 7 kg/s entra a 3 MPa y 500°C en una turbina adiabática que opera en situación estacionaria. A la salida la presión del vapor es 0,3 MPa. Despreciando las variaciones de energía cinética y potencial,
(a) determine la máxima potencia teórica que podría desarrollar la turbina, en kW, y la correspondiente temperatura de salida para el vapor, en °C;
(b) si el vapor de agua abandona la turbina a 240°C, determine el rendimiento isotrópico. RESOLUCION: a) Máxima Potencia
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b) Rendimiento isotrópico Entrada de la turbina: P1=3 MPa T1=500 °C h1= 3457,2 kJ/kg ̇
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PROBLEMA 03. Considere una central eléctrica de vapor que opera en un ciclo Rankine ideal simple y que tiene una salida de neta de potencia de 45 MW. El vapor entra a la turbina a 7 MPa y 500 °C, y se enfría en el condensador a una presión de 10 kPa mediante el agua de enfriamiento proveniente de un lago y que circula por los tubos del condensador a una tasa de 1000 kg/s. Muestre el ciclo en un diagrama T-s respecto de las líneas de saturación y determine a) la eficiencia térmica del ciclo, b) el flujo másico del vapor y c) el aumento de temperatura del agua de enfriamiento. RESOLUCION:
a) La eficiencia térmica Volumen de control: Turbina.
Estado a la entrada: P3, T3 conocidas; estado fijo.
Estado a la salida: P4 conocida.
Análisis:
Primera ley:
Segunda ley:
Propiedades de los puntos:
(Tabla Cengel) → h3=3410,5 kJ/kg, s3=6.798kJ/kgK, s3=s4=6,798kJ/kgK → 6,798=0,6493+x47,5009
x4=0,8197 → h4=191,83+0,8197(2392,8) h4=2153,2 kJ/kg
a) La eficiencia térmica del ciclo Volumen de control: bomba.
Estado a la entrada: P1 conocida, líquido saturado; estado fijo.
Estado a la salida: P2 conocida.
Análisis:
Primera ley:
Segunda ley:
Porque:
∫
Propiedades de los puntos:
(Tabla Cengel) → h1= 191,83kJ/kg, v1=0,001010 m3/kg Como el líquido se considera incompresible, se tiene:
h h qcald 3 2 ) ( 1 2 2 T m h h C m Q Q 4 cond O H O H H2O vapor H2O
Volumen de control: caldera
Estado a la entrada: P2, h2 conocidas; estado fijo.
Estado a la salida: P3, h3 conocidas, estado 3 fijo (según se indica).
Análisis: Primera ley:
b) El flujo másico del vapor
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c) El aumento de temperatura del agua de enfriamiento. Volumen de control: condensador.
Estado a la entrada, vapor: P4, h4 conocida, estado 4 fijo. Estado a la entrada, H2O: estado líquido.
Estado a la salida, vapor: P1 conocida, líquido saturado, estado 1 fijo. Estado a la salida, H20: estado líquido.
Análisis: Primera ley:
Propiedades de los puntos:
(Tabla Cengel: “propiedades de líquidos, sólidos y alimentos comunes”) →
CH2O=4,18kJ/kg°C
Si CH20 es el calor específico del agua líquida en condiciones ambientales (como se obtiene del lago) y ΔT H20 es el cambio de temperatura del agua de enfriamiento, se tiene:
PROBLEMA 04. El fluido de trabajo en un ciclo Rankine ideal es agua. En la turbina entra vapor sobrecalentado a 8 MPa, y 480°C. La presión del condensador es 8 kPa. La potencia neta del ciclo es 100 MW. Determine para el ciclo:
(a) El calor transferido al fluido de trabajo a su paso por el generador de vapor, en kW.
(b) El rendimiento térmico.
(c) El flujo másico de agua de refrigeración en el condensador, en kg/h, si el agua entra en el condensador a 15°C y sale a 35°C sin pérdida de presión.
ESTADO 1: ENTRADA DE LA TURBINA
ESTADO 2: SALIDA DE LA TURBINA
Se interpola y se obtiene:
(
)
ESTADO 3 SALIDA DEL CONDENSADOR
ESTADO 4 SALIDA DE LA BOMBA
b) RENDIMIENTO:
c) FLUJO MASICO DE VAPOR:
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̇
ESTADO Entalpia especifica (h) en KJ /Kg Entropía especifica (S) en KJ /Kg-K Título de vapor 1
1 2
3
0 4
LSPROBLEMA 5.1. Un ciclo Rankine simple ideal opera entre los límites de presión de 10 kPa y 3 MPa, con una temperatura de entrada a la turbina de 600°C. Despreciando el trabajo de la bomba, la eficiencia del ciclo es
RESOLUCIÒN:
ESTADO 1: ENTRADA A LA TURBINA
Se tiene un proceso isentropico.
ESTADO 2: SALIDA A LA TURBINA
(
)
(
)
ESTADO 3: SALIDA DEL CONDENSADOR
ESTADO 4: SALIDA DE LA BOMBA
RESPUESTA:
ESTADO Entalpia especifica (h) en KJ /Kg Entropía especifica (S) en KJ /Kg-KTítulo de vapor Volumen
especifico
1 3682,80 7,4103 1
-2 2380,25 7,2605 0,9148
-3 191,81 0,6492 0 0,00101
4 194,8299 0,6492 LS
-PROBLEMA 5.2. Un ciclo Rankine simple ideal opera entre los límites de presión de 10 kPa y 5 MPa, con una temperatura de entrada a la turbina de 600°C. La fracción de masa del vapor de agua que se condensa a la salida de la turbina es
RESOLUCIÓN:
ESTADO 1: ENTRADA A LA TURBINA
ESTADO 2: SALIDA A LA TURBINA
(
)
(
)
ESTADO 3: SALIDA DEL CONDENSADOR
