Facultad de Ciencias Fisicomatemáticas e Ingeniería VAPOR - EXERGÍA



Documentos relacionados
Análisis esquemático simplificado de una torre de enfriamiento.

Interrogación Nro. 2

Objetivos: Programa Sintetico. Programa : TEMA Nº 1: Introducción a la Termodinámica Técnica

1 TERMODINAMICA Departamento de Física - UNS Carreras: Ing. Industrial y Mecánica

BALANCE TÉRMICO EN CALDERAS

Ud 5: Cálculos en circuitos neumáticos.

1. (a) Enunciar la Primera Ley de la Termodinámica.

Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda Área de Tecnología Termodinámica Básica Prof. Ing. Isaac Hernández. Ejercicios Tema III

ANÁLISIS DEL EFECTO DE LAS EFICIENCIAS DE LOS COMPRESORES Y LAS TURBINAS EN UN CICLO BRAYTON CON UNA ETAPA DE COMPRESIÓN Y DOS DE EXPANSIÓN

PRÁCTICA 3: SELECCIÓN DE UNA BOMBA HIDRÁULICA

TEMA 12. PSICROMETRÍA

Lo que se debe aprender a hacer se aprende haciéndolo. Aristóteles.

Destilación. Problemas. Problemas de Operaciones Unitarias II Ingeniería Química 1. DESTILACIÓN MÉT. DE McCABE-THIELE

= = =

PROBLEMAS DE DENSIDAD PROBLEMAS DE PRESIÓN

Psicrometría - Propiedades del aire húmedo

Nombre... Contestar TODAS las preguntas. Tienen el mismo valor. Tiempo máximo: 1 hora. Sea conciso.

XI. - PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DEL VAPOR DE AGUA pfernandezdiez.es

FISICOQUÍMICA Y BIOFÍSICA UNLA

TEORICO-PRÁCTICO N 5: LEYES DE LOS GASES IDEALES

SERIE 5 CONTROL EN LAZO CERRADO

PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DEL AGUA MANEJO DE TABLAS DE VAPOR SOBRECALENTADO

PROBLEMAS DE INGENIERÍA TÉRMICA

; En el caso de fuerzas conservativas, de donde:

Química 2º Bacharelato

PROBLEMARIO No. 2. Veinte problemas con respuesta sobre los Temas 3 y 4 [Trabajo y Calor. Primera Ley de la Termodinámica]

Física Térmica - Práctico 5

Interacción aire - agua. Termómetro húmedo

Termodinámica y Máquinas Térmicas

Nombre y apellidos...

1. (a) Enunciar la Primera Ley de la Termodinámica.

ANEXO 9: ESTUDIO DE LA INCENERACIÓN

PROBLEMAS COMPLEMENTARIOS RESUELTOS Y PROPUESTOS (Primer Corte)

Enunciados Lista 5 Nota: 7.2* 7.7* 7.9* 7.14* 7.20* 7.21*

Tema 2. Segundo Principio de la Termodinámica

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES Universidad de Navarra

B Acumuladores de corriente eléctrica

RESISTENCIAS EN PARALELO

PROBLEMARIO No. 3. Veinte problemas con respuesta sobre los Temas 5 y 6 [Segunda Ley de la Termodinámica. Entropía]

PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AMBIENTES

TABLAS Y GRÁFICOS DE PROPIEDADES TERMODINÁMICAS

GASES IDEALES. Contiene una mezcla de gases CP + O 2. Volumen = 1 litro Temperatura = 23 C = ,15 = 298,15K =585 = 0,7697 =250 = 0,3289

1. La variación de entropía de un fluido que circula por un compresor irreversible refrigerado puede ser negativa.

Física Térmica - Práctico 3

Enunciados Lista 3. Nota: Realizar diagrama P-v del proceso.

Enunciados Lista 5. Nota: Realizar un diagrama T-s que sufre el agua.

JMLC - Chena IES Aguilar y Cano - Estepa

CAPITULO V TERMODINAMICA

1. (a) En una sustancia pura, diga claramente qué se entiende por punto triple y por punto crítico.

TEMA 10. CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS DE POTENCIA

Válvula 10. Líquido. f = 0,2975. Diagrama de flujo para la licuación de Nitrogen

TEMA 4: BALANCES DE ENERGÍA. IngQui-4 [1]

Para aprender Termodinámica resolviendo Problemas

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA I. MÓDULO 10: Las relaciones termodinámicas y los diagramas

Tema 5. PRINCIPIOS GENERALES DE MÁQUINAS 1. CONCEPTO DE MÁQUINA SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES. MAGNITUDES Y MEDIDAS...2

TERMODINÁMICA QUÍMICA

Examen Final. a) identifique qué partes del diagrama corresponden al compresor, al condensador y a la válvula, (1 pto.)

Enunciados Lista 3. FIGURA P5.14 Nota: Se modificaron los porcentajes respecto al ejercicio del libro.

Primera Ley Sistemas Abiertos

EJERCICIOS DEL TEMA 4 (APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY Y BALANCES DE ENERGÍA)

Termodinámica: Ciclos con vapor Parte 2

GUÍA DE RESUELTOS: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Y ENTROPÍA

Relación de problemas: Tema 6

Método del polo de operación (III) - Extracción

TECNOLOGÍA DE FLUIDOS Y CALOR

Tema 3: Ecuaciones químicas y concentraciones

Termodinámica: Gases Ideales y Sustancia Pura

Física Térmica - Práctico 7

Nombre y apellidos... Teoría 1 (1,5 puntos) Marcar con un círculo. Respuesta correcta = +0,3; incorrecta = 0,1

Resolución de Ejercicios de aplicación

Fluidos y Sistemas de Bombeo Contenido

Física II TERMODINÁMICA: PROBLEMAS ADICIONALES INGENIERÍA DE SONIDO

FÍSICA II. Guía De Problemas Nº4: Primer Principio de la Termodinámica. Transformaciones Gaseosas Consecuencias del Primer Principio

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA.

Problema Enunciado

INGENIERÍA QUÍMICA Problemas propuestos Pág. 1 BALANCES DE ENERGÍA

CAPÍTULO 4 FLUIDIZACIÓN EMPLEANDO VAPOR SOBRECALENTADO. En este proyecto se empleará vapor sobrecalentado para el secado de partículas de

INGENIERO EN ENERGÍAS RENOVABLES TERMODINÁMICA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS CURSO TEMA 6 LA ENTROPÍA Y SU UTILIZACIÓN. I. Resolución de problemas

Listas de comentarios, ejercicios y soluciones (para quienes tienen el Van Wylen)

UTN Facultad Regional La Plata Integración III

PRÁCTICA: VENTILADOR CENTRÍFUGO

Experimento 12 LEY DE CHARLES. Objetivos. Teoría

II Tema Primera ley de la termodinámica

Es la cantidad de electricidad (electrones) que recorre un circuito eléctrico en una unidad. Q t I =

CIRCUITO CON RESISTENCIAS EN SERIE

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa UNEFA Núcleo Falcón Extensión Punto Fijo

Capítulo 8. Termodinámica

EQUILIBRIO QUIMICO. Química General e Inorgánica Licenciatura en Ciencias Biológicas Profesorado en Biología Analista Biológico

INTRODUCCIÓN TERMODINÁMICA DORY CANO DÍAZD. Junio de 2007

Ejercicio propuesto 8.

EJERCICIO DE EXAMEN DE FISICOQUÍMICA

Equipo que transforma la energía. Figura 6.1 Flujo de energía

EJERCICIOS PROPUESTOS DE MAQUINAS ELECTRICAS TEMA-2 (TRANSFORMADORES)

PROBLEMAS DE TERMOTECNIA

Nombre: Cédula: Sección: SEGUNDO PARCIAL TEORÍA 1. Mencione los supuestos necesarios para que sea válida la ecuación de Bernoulli.

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA AERONÁUTICA Y DEL ESPACIO FÍSICA II

de una reacción n en la cual, tanto reactivos como productos están n en condiciones estándar (p = 1 atm; ; T = 298 K = 25 ºC;

Heike Kamerlingh Onnes ( )

TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO CAPÍTULO II. SOLUCIONES QUÍMICAS

FISICA II HOJA 3 ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGIA 3. ELECTRODINÁMICA FORMULARIO

Transcripción:

Cátedra: Termodinámica - Ing. Civil e Ing. Ambiental Docente/s: Ing. José Contento / Ing. Jorge Rosasco Guía de trabajos prácticos Nº 6 VAPOR - EXERGÍA.- En un recipiente de paredes rígidas y adiabáticas, se tiene de Vapor Húmedo a 5 Atm y título x = 0,9, se le suministra calor, asta que la presión alcance las 0 atm. Calcular: a) Estado final del vapor b) Cantidad de calor suministrado por la resistencia eléctrica. V.H. c) Variación de Entropía del Universo. d) Representar la evolución del vapor en un diagrama T S. Resolución a) En la tabla de vapor de agua, para P = 5 atm encontramos los siguientes valores, los mismos pueden estar en unidades del sistema SI o bien: U Kcal/ V m /kg S Kcal/ K t P Estado x U U v v S S 5.84 C 5 atm 5,854 6,0 0.00090 0.86 0,44464,60 VH 0.9 46,75 0 atm 7,8 0,45,8089 VSC - Q v = 0.00090 m /kg v = 0.86 m /kg Por lo tanto, como el vapor el vapor úmedo necesitamos conocer el estado: v = v x + v ( x ) = 0.86 0.9 + 0.00090 0. '' ' v = v = 0.45 m / kg V Entonces, si v= m V = m v = kg 0.45 m / kg v = 0.45 m Es una transformación de un sistema cerrado a volumen específico constante. Ver más adelante como se llega a esta temperatura por aproximación

En la tabla de vapor de agua, para P = 0 atm encontramos que v 0 atm =0.979 m /kg Pero como v > v 0 atm entonces en el estado tenemos vapor sobrecalentado. Para determinar en qué estado se encuentra el vapor en el estado final (estado ), vamos a trabajar con la tabla de vapor sobrecalentado. Ingresamos con P = 0 atm y sabiendo que v = 0.45 m /kg, vemos a qué temperatura se encuentra el vapor. Haciendo esto vemos que en la tabla tenemos lo siguiente: v (m /kg) t ( C) v I = 0.47 t I = 460 v II = 0.465 t II = 470 Luego, debemos interpolar entre estos dos valores: v II - v I v - v I t II - t I X =.75 C Por lo tanto, t = t I +.75 = 46.75 C El estado final del vapor será: Vapor sobrecalentado p final = 0 atm t final = 46.75 C b) Sistema: Vapor úmedo (Sistema Cerrado) Q = U + L Q = U U f i ext U = m u f VH f y u = p v () f f f f De la tabla de vapor sobrecalentado para P = 0 atm, tenemos: Interpolando entre estos valores obtenemos: f = = 8. kcal/kg t ( C) (kcal/kg) s (Kcal/kg K) 460 80..890 470 85.4.859

s f = s =.86 kcal/kg.k Reemplazando en la ecuación (), se obtiene: 00000 uf = 8. 0.45 = 7.8 kcal / kg 47 U = m u = kg 7.8 kcal / kg = 7.8 kcal f VH f En la tabla de vapor úmedo para P = 5 atm, tomamos los siguientes valores: = 656.0 kcal/kg = 5. kcal/kg = = '' x + ' ( x) = 656.0 0.9 + 5. 0. = 605.6 kcal / kg i 50000 ui = u = 605.6 0.45 = 565.4 kcal / kg 47 U = m u = kg 565.4 kcal / kg = 565.4 kcal / kg i VH i Finalmente se puede obtener el calor suministrado al sistema: Q = U U = 7.8 565.4 f Q = + 66.4 kcal i c) Variación de entropía del Universo: S = S + S U S M S = S = m ( s s ) S VAPOR VH f i s f = s =.86 kcal/kg.k De la tabla de vapor úmedo para P = 5 atm: s =.60 kcal/kg.k s = 0.4456 kcal/kg.k '' ' si s x s x = + ( ) =.60 0.9 + 0.4456 0. s = s =.55 kcal / kg. K i S = (.86.55) S = + 0.0 kcal / K U U

T v = cte p = 0 atm p = 5 atm x = 0.9 S.- Un recipiente rígido y adiabático de m de volumen, contiene una masa de vapor úmedo a p = atm y título x = 0,7. Por medio de paletas de agitación, se le entrega trabajo asta que el estado final del vapor sea Saturado Seco. Calcular:. El trabajo suministrado. Presión y temperatura finales. Variación de Entropía del Universo 4. Variación de Exergía del proceso L V.H. m = V = m.- Un caudal másico: m =.000 / de vapor de Agua a p = 0 atm y título x = 0,8, ingresan a una cámara de mezcla adiabática, a la cual concurre otro caudal másico m. A la salida de la C.M., ambos caudales ingresan a una Turbina Adiabática, que entrega una Potencia de.000 KW. La Irreversibilidad en la Turbina está dada por la Variación de Entropía específica de la Turbina: (s 4 -s ) = 0, Kcal/ K. La presión de salida de la Turbina es p 4 = 0,5 atm y la temperatura t 4 = 90 C. Determinar: m C.M. PT = 000 KW m S= +0, kcal/ K 4 (m+m) 4

Parámetros característicos en el punto. Rendimiento isoentrópico de la turbina S Univ. Representar el proceso en un diagrama T s Variación de exergía en la turbina Resolución Sistema: Cámara de Mezcla (S.A.R.P.) Q = H + L/ H = 0 H = H m + m = m + m / ɺ ɺ ɺ ɺ UTIL Entrada Salida De tabla obtenemos los valores, " = 668 KCal / 794,9 KJ / = 5,9 KCal / 90, KJ / Con estos datos más sabiendo que el título del vapor en el punto es 0,8, podemos obtener : ( ) 668 0,8 5,9 ( 0,8) = x + x = + = 577,58 KCal / 46,6 KJ / Sistema: turbina Util Util ( ɺ ɺ ) Q/ = H + L H = L H H = H H = m + m 4 4 4 KCal LUtil = 000Kw 860 = 860.000 KCal / KW El estado 4 está definido por la presión y la temperatura, de tabla obtenemos: P 4 = 0,5 atm y t 4 = 90 C De tabla con la presión de 0,5 atm se sabe que la temperatura de saturación es de 80,86 C, por lo tanto el estado cuatro es Vapor Sobrecalentado V.S.C., tenemos que ir a la tabla tres para allar el estado: De tabla : 4 = 66, KCal/kg, s 4 =,87 KCal/kg K Como sabemos del enunciado s 4 s = 0, Kcal/kg K de donde se deduce que s =,704 KCal/kg. Sabemos que las presiones en los puntos, t son iguales a 0 atm, buscamos en la tabla para esa presión cual es el valor de la entropía del vapor saturado s, obteniéndose un valor para s =,55 KCal/kg, como s > s el estado entonces es Vapor sobrecalentado V.S.C. 5

De tabla, para p = 0 atm y s =,704 Kcal / kg K encontramos, interpolando s (Kcal/kg K) T ( C) (Kcal/kg),6974 90 770,9,704 98,8 775,5,705 400 776, KCal ( mɺ + mɺ ) ( 4 ) = 860.000 KCal 860.000 ( mɺ m ) + ɺ = = 6.69, mɺ = 6.69, 000 mɺ = 4.69, KCal 775 66, De la Cámara de Mezcla: Q/ = H + L/ H = 0 H = H 6 UTIL Entrada Salida mɺ + mɺ = mɺ + mɺ Efectuando distribución y despejando la entalpía del punto dos se tiene: = = m KCal = 870,4 64 / ( KJ ) mɺ + mɺ mɺ x x 669, 775,5 000 577,58 469. Para conocer cuál es el estado del vapor en debemos conocer el estado de la entalpía del vapor saturado en el estado, de tablas obtenemos que el valor de la entalpía es = 668 KCal/, como > (0 atm), concluimos que el estado tiene que ser un vapor sobrecalentado, por lo tanto los datos del estado podemos obtenerlos de la tabla. Como contamos con dos datos la presión y la entalpía, entramos en la tabla para una presión de 0 atm y buscamos el valor más cercano a 870,4, obtenemos entonces, para un valor de 870,5 KCal/, una temperatura t = 580 C y una entropía s =,8595 KCal / K, resumiendo para el estado dos tenemos P= 0 atm, t = 580 C, = 870,5 KCal/, s =,8595 KCal / K

4 Si el ηisoentropico = 4 y s = s4 =,704 KCal / K, pero no se conoce el valor de 4 Para calcular la entalpía, con la presión en el punto cuatro de tabla se obtienen los valores siguientes s 4 =,856 KCal / K y s 4 = 0,596 KCal / K, comparando los valores, notamos que s 4 > s 4 de donde podemos concluir que el estado 4 es vapor úmedo y se encuentra dentro de la campana, debemos por lo tanto conocer el título del vapor. Dico título puedo calcularse por que conocemos los valores de entropía, por lo tanto: X s s,704 0,596 4 4 4 = = = s" 4 s 4,856 0,596 4 4 4 4 4 0,9 [ ] = " X + X = 59, KCal / kg 48,94 KJ / η η 775,5 66, 4 ISO = = = 4 775,5 59, ISO = 0,76 0,76 Cálculo de la variación de entropía S = S + S S = 0 U M S M S = S + S s mɺ mɺ en el caso de la entalpía en el punto, debemos conocer de tabla los valores de la entalpía de líquido y de vapor (que es decir los extremos de la campana) puesto que es vapor úmedo y que ya conocemos el título x = 0,8 procedemos a calcular los valores correspondientes: de tabla s =,55, s = 0,58 por lo tanto s s x s ( x ) T = " + =,86 KCal K p=0 atm x=0,8 p=0,5 atm 4 x 4 =0,9 4 S 7

Sm = m s4 s = 000 /,875,86 Kcal / kg K = + 09,8 Kcal / K ɺ ɺ Sm = m s4 s = 469, /,875,895 Kcal / kg K = 89,7 Kcal / K ɺ ɺ S = S = 09,8 Kcal / K 89,7 Kcal / K = + 90, KCal / K U S 4.- Por el punto del sistema entra una corriente de vapor a 0 C, pasan por una válvula donde su presión pasa de 5 a 0 atmósferas, seguidamente pasan a una turbina adiabática donde evolucionan asta atmósfera, experimentando un incremento de entropía de + 0, KJ / kg K, con los datos proporcionados y sabiendo que la masa es unitaria calcular: La temperatura final a la salida de la turbina La temperatura final si la transformación en la turbina fuera isoentrópica El rendimiento isoentrópico El trabajo por de vapor que circula La variación de entropía del universo Rendimiento exergético del proceso Lt 5.- Agua líquida saturada a 7 MPa () pasa por un válvula y reduce su presión a MPa () Luego el vapor ingresa a una cámara separadora donde el por un conducto sale vapor saturado () y por el otro líquido saturado (4). La masa puede considerarse unitaria ( /), si el medio se encuentra a 00 K y 0, Kpa, calcular: a) Masa de vapor por kilo en el punto b) Exergía entre y c) S en el separador d) S del proceso 4 e) Estado en el punto (T, H, S ) f) Graficar en un diagrama T - S 8 H KJ/ S KJ/ K t C P KPa liq vap s liq s vap titulo estado 85,8 7000 67,66 --------,9 -------- ------ LS 80 000 67,66,5465 5,07% VH 80 000 ------ 777, 6,5850 VSS 4 80 000 76,55 ---------,806 0 LS Con los datos del estado que es vapor úmedo se calcula el título 67,66 76,55 x = = = 0,507 5,07% 777, 76,55 '' ' Con el título en se calcula la entropía como s = s x + s ( x) =,5465 KJ K

a) La masa de vapor se calcula conociendo el título, ya que es este equipo que es un separador de vapor, el título indica el porcentaje de vapor que se convierte en con respecto a la entrada del equipo, en este caso por cada kilogramo se transforma el 5,07% b) La variación de exergía en la válvula se calcula como sigue: Ex = ( ) T0 s = ( 0) KJ 00K (,546,9) KJ K Ex = 9,66KJ consumidas c) La variación de entropía en el separador puede calcularse como: m s + m s m s = S 4 4 TOTAL si dividimos toda la expresión por m nos queda (% % ) s + s s = S SEPARADOR VAPOR LIQ 4 SEPARADOR TOTAL 0,507 6,5850KJ + 0,749,806 KJ,5465KJ 0 K K K d) La variación de entropía de todo el proceso puede calcularse como: m s + m s m s = S (% % ) 4 4 TOTAL s + s s = S PROCESO VAPOR LIQ 4 PROCESO KJ 0,507 6,5850KJ + 0,749,806 KJ,9 KJ = 0,05 K K K K e) El estado se muestra en la tabla f) 9

6. - Una válvula de reductora de presión opera en paralelo con una turbina cuyo rendimiento isoentrópico es 90%. Si los equipos funcionan a la vez en régimen permanente calcular el caudal de vapor que circula por cada rama, la potencia desarrollada por la misma y el rendimiento exergético del proceso. Turbina 4 4, MPa - 70 C,4 MPa - 60 C m = 0 /seg Válv ula 7. Se tiene una instalación como la que muestra la figura por la que circula aire como gas ideal. En punto se tiene una presión de,5 /cm y una temperatura de 00 C, luego de un tramo el aire pierde presión y baja su temperatura a 70 C y,4 kg/cm, luego pasa por una válvula donde su presión se reduce a kg/cm, para este circuito calcular Variación de exergía entre y Variación de exergía entre y Rendimiento exergético entre y Válvula Como es un circuito abierto a régimen permanente se calcula la variación de exergía con la ecuación de Darrieux, como sigue Ex = H T S (0.) Entonces sabiendo que circula aire tenemos que calcular la variación de la entalpía y la variación de la entropía como se izo en gas ideal H = C T (en este caso no dan la masa por lo que el calculo se ara por unidad de masa) P Kcal H = 0,4 ( 4K 7K ) = 7,Kcal K La variación de entropía se calcula como se vio en gases ideales T P Kcal S = CP ln R ln = 0,059 T P K Si introducimos los valores en la ecuación (.) entonces nos queda que la Ex entre el punto y es: 0 0

7, Kcal 00 0,059 Kcal Ex = K =,588 Kcal K La variación de exergía en la válvula se calcula como sigue: Ex = ( H ) T S = 00K ( s s ) válvula ISOENTALPICA T Sválvula = CP ln T para un gas ideal la T es cte 0 P R = P ln 0,006 Kcal Exválvula = 00K 0,006 6,99Kcal = K Exergías producidas 0 η EX = = = 0 Exergías consumidas,588 + 6,99 Kcal K 8. Para el problema anterior considerar que se ace circular vapor de agua el cual ingresa al punto a, bar y 00 C, bajando su presión y su temperatura en el punto a bar y 40 C para reducir su presión a bar luego de pasar por la válvula, determinar: Variación de exergía entre y Variación de exergía entre y Rendimiento exergético entre y