Ex Parcial PI216B 2021 2

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y MANUFACTURERA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA QUIMICA Termodinámica para Ingeniería Química - I: PI – 216B Profesor del curso: Ing. Ubaldo Apaza H. Lima 26/ 10 /2021 UNI-FIQT

 

CURSO : 

EXAMEN PARCIAL

Periodo Académico: 2021-2

[Escribir el nombre del curso]  

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Hora de inicio del examen: 12:00 m.

Térmico: 13:50 p.m. EXAMEN PARCIAL

1. Un cilindro rí rígido gido aislado de 0.06 m3 de volumen se divide en dos cámaras iguales mediante un pistón sin fricción. El pistón conduce el calor e inicialmente se mantiene en su lugar mediante un pasador, como se muestra en la figura-1 siguiente. Se suelta el pasador hasta que el sistema alcanza el equilibrio. Inicialmente la cámara A contiene aire a 15 MPa y 350 °C, y la cámara B contiene aire a 1.8 MPa y 350 °C. a) Presente las ecuaciones de balance. (01 pto) b) Estime los valores de la temperatura y presión. (02 pto)) c) Estime la tasa de generación de entropía durante este proceso. (03 pto) 2.

Un tanque rígido aislado de 2 m3 que contiene inicialmente vapor de agua saturado a 1 MPa se conecta a través de una válvula a una línea de suministro que transporta vapor a 400 °C. Ahora se abre la válvula y se permite que el vapor fluya lentamente hacia el tanque hasta que la presión en el tanque aumenta a 3 MPa. En este instante, la temperatura del tanque se mide en 350 °C. Ver figura-2. a) Presentar las ecuaciones de balance de masa, energía y entropía. (01 pto) b) ¿Cuál es la masa de vapor que ingresa? (02 pto) c) ¿Cuál es el valor de la presión del vapor en a la línea de suministro? (03 pto

Figura-1

figura-2

3. Mientras que en un determinado determinado proceso se necesita propileno a 400 K y 20 bar. El propileno disponible está a 550 K y 80 bar. Para disminuir la temperatura y la presión del propileno, se sugiere estrangular el propileno de 80 bar a 20 bar, luego se envía al

   

intercambiador de calor para disminuir su temperatura a 400 K, para el efecto se usa agua para el enfriamiento, ver figura-3. Calcular por kg k g de propileno. a. La masa de agua de enfriamiento. (02 pto) b. La temperatura del propileno en la corriente-2. (03 pto) c. Calcular la entropía generado en el proceso. (03 pto) (02 pto) Ttriple= 87.953 K, Tb=225.53 K, Tc=364.21 K , Pc=45.55 bar

Figura-3 ROFESOR DEL CURSO Nota: Duración de la prueba 110 minutos d   v2 g  m U  dt   gc 2 gc

  v g z        h     vc in  2 gc gc 2

 dmS 

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2

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T  , j + S gen    

ds

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mout Q   W      

dT

Cp T

dP   

R P   

kj/kg-k Aire

R

Cp

Cv

k

M

0.287

1.004

0.717

1.4

28.97  

Tablas de vapor Agua P

T

kpa

°C

2.3392

20

3.1 .16 698

 

kj/kg h f 

83.91 .915

 

h g

 

T

kj/kg-°K s f 

 

s

 

(C (C))

  u v (k (kg g/m³) /m³) (kJ/ (kJ/kg kg))

sat sat 250 300 350 400 450

P=3 Mpa (233.85 °C) 0.0 .06 6667 260 2603.2 2803.2 0.0 .07 7063 2644.7 2856.5 0.0 .08 8118 2750.8 2994.3 0.0 .09 9056 2844.4 3116.1 0.0 .09 9938 2933.6 3231.7 0.1 .10 0789 3021.2 3344.9

g

2537.40 0 0..2965

8.6661

25

104.83 .830 2546.50 .50 0. 0.3 3672

8.55 .5567

4.2 .24 469

30

125.74 .740 2555.60 .60 0. 0.4 4368

8.45 .4520

5.6 .62 291 10 101. 1.32 325 5 100

35 99 99.9 .97 7 99.6 .61 1

146.64 .640 2564.60 .60 0. 0.5 5051 41 419. 9.06 060 0 26 2675 75.6 .60 0 1.30 1.3069 69 417.51 .510 26 2675.00 .00 1.30 .3028

8.35 .3517 7.35 7.3545 45 7.358 .3589 9

10 1000 00

17 179. 9.88 88 76 762. 2.51 510 0 27 2777 77.1 .10 0 2.13 2.1381 81

6.58 6.5850 50

20 2000 00

21 212. 2.38 38 90 908. 8.47 470 0 27 2798 98.3 .30 0 2.44 2.4467 67

6.33 6.3390 90

30 3000 00

23 233. 3.85 85 1008 1008.3 .300 00 28 2803 03.2 .20 0 2.64 2.6454 54

6.18 6.1856 56

           

 

h

s

(k (kJ/ J/kg kg)) (k (kJ/ J/kg kg-K -K)) 6.1 .18 856 6.2 .28 893 6.5 .54 412 6.7 .74 450 6.9 .92 235 7.0 .08 856

 

 

T (C ) sa t 300 350 400 450 T (C ) sa t 325 350 400

u h s (kg/m³) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/ kg-K) P=8 Mpa (295.01 °C) 0 .0 .023525 2570.5 2758.7 5.745 0. 0.024279 25 2592.3 2786.5 5.7937 0. 0.029975 27 2748.3 2988.1 6.1321 0. 0.034344 28 2864.6 3139.4 6.3658 0. 0.038194 29 2967.8 3273.3 6.5579  

v

 

T (C )

v

 

450 0. 0.029782 29 2944.5

3242.4

s (kJ/kg-K)

s (kJ/kg-K)

sa t 350 400 450

u h (kg/m³) (kJ/kg) (kJ/kg) P=12.5 Mpa (327.81 °C) 0.013496 2505.6 2674.3 0.016138 2624.9 2826.6 0.020030 2789.6 3040.0 0.023019 2913.7 3201.5

500

0.025630

sa t 325 350 400 450

u h s (kg/m³) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/ kg-K) P=10 Mpa (311.00 °C) 0.0 0.018028 2545.2 2725.5 5.6159 0. 0.019877 26 2611.6 2810.3 6.7596 0. 0.024400 26 2699.6 2924.0 5.9460 0. 0.026436 28 2833.1 3097.5 6.2141  

u h (kJ/kg) (kJ/kg) Mpa (303.35 °C) 2558.5 2742.9 2647.6 2857.1 2725.0 2957.3 2849.2 3118.8 2956.3 3258.0

T (C )

6.4219

 

 

v

(kg/m³) P=9 0.020489 0.023284 0.025816 0.029960 0.033524  

v

 

3023.2

3343.6

5.6791 5.8738 6.0380 6.2876 6.4872

5.4638 5.7130 6.0433 6.2749 6.4651  

Propileno P

T

P

T

h

s

bar

°K

hf 

bar

°K

kj/kg

kj/kg-°K

1

225.24

89.486

528.76 0.55924 2.5095

20

350

675.25

2.4920

10

292.5

248.730

59 5 94.24

1.1695

2.3508

20

400

779.89

2.7715

20

321.91 330.230

612.07

1.4281

2.3036

20

450

887.35

3.0245

30

341.79

39 394.210

613.61

1.6139

2.2558

20

500

1000.90

3.2636

40 45

357.09 363.55

45 456.690 50 502.830

596.18 559.86

1.7849 1.9084

2.1755 2.0653

20 20

520 550

1048.20 1121.20

3.3564 3.4929

80

500

938.38

2.8954

80

550

1072.60

3.1511  

kj/kg  

kj/kg-°K hg

 

sf 

 

sg

 

  Nota: 1. Poner su nombre en el cuadernillo proporcionado 2. Responder en esta misma hoja 3. En hoja Word, ir a la columna “Archivo”, seleccionar la opción “exportar” y Convertir la hoja de Word a archivo PDF. 4. El examen fotografiado debe ser nítido, 5. Enviar el archivo PDF creado en en (3) vía Moodle para su calificación en el tiempo establecido. 6. A la hora del examen tener activado su cámara de video