Ejemplos del temas VII

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1 1. Metano líquido es comúnmente usado en varias aplicaciones criogénicas. La temperatura crítica del metano es de 191 K, y por lo tanto debe mantenerse por debajo de esta temperatura para que este en fase líquida. Las propiedades del metano líquido a varias temperaturas pueden ser observadas en la tabla mostrada a continuación. Determine el cambio de entropía del metano líquido al ir de un proceso desde 110 K y 1 MPa a 120 K y 5 MPa: a. Usando las propiedades tabuladas. b. Suponiendo el metano líquido es una sustancia incompresible. Ecuación básica: s 2 s 1 ln T 2 T 1 PPT elaborado por Arturo Arosemena 1

2 1. Metano líquido es comúnmente usado en varias aplicaciones criogénicas. La temperatura crítica del metano es de 191 K, y por lo tanto debe mantenerse por debajo de esta temperatura para que este en fase líquida. Las propiedades del metano líquido a varias temperaturas pueden ser observadas en la tabla mostrada a continuación. Determine el cambio de entropía del metano líquido al ir de un proceso desde 110 K y 1 MPa a 120 K y 5 MPa: a. Usando las propiedades tabuladas. b. Suponiendo el metano líquido es una sustancia incompresible. a. Aquí se emplearán las propiedades tabuladas: Estado 1 T 1 = 110 K, = 1 MPa s 1 = 4.875, c p1 = Estado 2 T 2 = 120 K, P 2 = 5 MPa s 2 = 5.145, c p2 = s = s 2 s 1 = s =

3 1. Metano líquido es comúnmente usado en varias aplicaciones criogénicas. La temperatura crítica del metano es de 191 K, y por lo tanto debe mantenerse por debajo de esta temperatura para que este en fase líquida. Las propiedades del metano líquido a varias temperaturas pueden ser observadas en la tabla mostrada a continuación. Determine el cambio de entropía del metano líquido al ir de un proceso desde 110 K y 1 MPa a 120 K y 5 MPa: a. Usando las propiedades tabuladas. b. Suponiendo el metano líquido es una sustancia incompresible. b. Aquí se supondrá el metano líquido es una sustancia incompresible. s 2 s 1 ln T 2 T 1 s Se supondrá c p1 + c p2 / s 2 s ln

4 2. Aire es comprimido desde una estado inicial de 100 kpa y 17 C a un estado final de 600 kpa y 57 C. Determine el cambio de entropía del aire durante este proceso de compresión al usar: a. Los valores tabulados encontrados en la tabla A-17. b. Empleando calores específicos constantes. Suposiciones: Aire comportándose como gas ideal. Ecuaciones básicas: s 2 s 1 = s 2 0 s 1 0 R ln P 2, s 2 s 1 = c ln T 2 T 1 R ln P 2, R = c p c v a. Se determinarán las propiedades del aire como gas ideal de la tabla A-17. T 2 = 330 K s 2 0 = T prom = T 1 + T K 2 A partir de los datos encontrados en la tabla A-2: Estado 1 T 1 = 290 K s 1 0 = Estado 2 4

5 2. Aire es comprimido desde una estado inicial de 100 kpa y 17 C a un estado final de 600 kpa y 57 C. Determine el cambio de entropía del aire durante este proceso de compresión al usar: a. Los valores tabulados encontrados en la tabla A-17. b. Empleando calores específicos constantes. c c c c R = c p c v R s 2 s 1 = s 2 0 s 1 0 R ln P 2 5

6 2. Aire es comprimido desde una estado inicial de 100 kpa y 17 C a un estado final de 600 kpa y 57 C. Determine el cambio de entropía del aire durante este proceso de compresión al usar: a. Los valores tabulados encontrados en la tabla A-17. b. Empleando calores específicos constantes. s 2 s s ln b. Empleando calores específicos constantes: s 2 s 1 = c ln T 2 T 1 R ln P 2 s 2 s ln ln s

7 3. Helio es comprimido por un compresor adiabático desde un estado inicial de 14 psia y 50 F hasta una temperatura final de 320 F en un proceso reversible. Determine la presión de salida del helio. Suposiciones: El helio se comporta como gas ideal con calores específicos constantes. Ecuación básica: T 2 T 1 s=const. = P 2 k 1 k P 2 14 psia P psia

8 4. Vapor entra a una turbina a 3 MPa y 400 C y sale a 50 kpa y 100 C. Si la potencia de salida de la turbina es 2 MW, determine: a. La eficiencia isoentrópica de la turbina. b. El flujo másico del vapor que va a través de la turbina. Suposiciones: condiciones de estado estable, cambios de energía cinética y potencial despreciable, proceso adiabático. Ecuaciones básicas: m 1 = m 2, E 1 = E 2, η T h 1 h 2a h 1 h 2s Estado 1 = 3 MPa, T 1 = 400 C h 1 = kg, s 1 = k J k g K Estado 2, real P 2 = 50 kpa, T 2 = 100 C h 2a = kg 8

9 4. Vapor entra a una turbina a 3 MPa y 400 C y sale a 50 kpa y 100 C. Si la potencia de salida de la turbina es 2 MW, determine: a. La eficiencia isoentrópica de la turbina. b. El flujo másico del vapor que va a través de la turbina. Estado 2, isoentrópico P 2 = 50 kpa, s 2s = s 1 = k J k g K A partir de los datos encontrados en la tabla A-5: h 2s = k J k g a. Se determinará la eficiencia isoentrópica de la turbina. η T h 1 h 2a h 1 h 2s η T η T b. Se determinará el flujo másico. E 1 = E 2 mh 1 = W salida + mh 2a m m = W salida h 1 h 2a 2000 kw k J k g m kg s 9

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