Examen Final Termodinamica

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RESOLUCIÓN DEL EXAMEN FINAL DE TERMODINÁMICA Ing. Díaz Cama, Ali Epifanio  Alumna: León Arriola, Alesandra Alesan dra Maryori Código: 2012007157 PROBLEMA 01. Un 01. 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 130 m/s. Con el modelo de gas ideal para el aire y suponiendo que no hay variaciones de energía potencial, determine: (a) La temperatura del aire a la salida, en °C. (b) La máxima presión alcanzable a la salida, en bar. P=1bar

V1=130 m/s

T=-3ºC

a) T=?

V1=260 m/s

b) P=?

RESOLUCION: a) BALANCE DE ENERGIA

̇ (    ) )   ̇   ̇           

  

              b) PRESION  Hallando

      

          

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

̇  ̇  ̇  ̇   ̇   ̇    ̇   ̇  ̇ ̇     ̇       ̇      b) Rendimiento isotrópico Entrada de la turbina: P1=3 MPa T1= 500 °C h1= 3457,2 kJ/kg

 ̇                ̇        ̇         

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: P 3, T3 conocidas; estado fijo. Estado a la salida: P 4 conocida. Análisis:  

   Segunda ley:    Primera ley:

Propiedades de los puntos: (Tabla Cengel)

 h3=3410,5 kJ/kg,



s3=s4=6,798kJ/kgK x4=0,8197



s3=6.798kJ/kgK,

  6,798=0,6493+x47,5009



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: P 1 conocida, líquido saturado; estado fijo. Estado a la salida: P 2 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: h2=191,83+0,001010(7000-10)=198,89kJ/kg

  Volumen de control: caldera Estado a la entrada: P 2, h2 conocidas; estado fijo. Estado a la salida: P 3, h3 conocidas, estado 3 fijo (según se indica). Análisis: Primera ley:

qcald   h3

 h2

               b) El flujo másico del vapor

  ̇       c) El aumento de temperatura del agua de enfriamiento. Volumen de control: condensador. Estado a la entrada, vapor: P 4, h4 conocida, estado 4 fijo. Estado a la entrada, H2O: estado líquido. Estado a la salida, vapor: P 1 conocida, líquido saturado, estado 1 fijo. Estado a la salida, H20: estado líquido. Análisis: Primera ley:  Q  H2O



 Q vapor 

  H2OC  H 2O T  H 2O m



 cond ( h4 m

 h1 )

          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:

       ̇    ̇         ̇  (    )               ̇   ̇      ESTADO

1 2 3 4

Entalpia especifica (h) en KJ /Kg

Entropía especifica (S) en KJ /Kg-K

   

Título de vapor

  

1

 0 LS

PROBLEMA 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-K

Título de vapor

Volumen especifico

1 2 3 4

3682,80 2380,25 191,81 194,8299

7,4103 7,2605 0,6492 0,6492

1 0,9148 0 LS

0,00101 -

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

                      







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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-K

Título de vapor

Volumen especifico

1 2 3 4

3666,90 2300,57 191,81 196,8499

7,2605 7,2605 0,6492 0,6492

1 0,8816 0 LS

0,00101 -

                     

       

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