Taller 2 De Termo

PROGRAMA: TECNOLOGIA EN OPERACIÓN DE PLANTAS Y PROCESOS INDUSTRIALES NOMBRE DE LA ASIGNATURA: ELECTIVA DE PROFUNDIZACION TECNOLOGICA I TEMA: BALANCE DE ENERGIA Fecha: 06/09/2017 SEMESTRE: 4 SECCION: 3

ESTUDIANTES: HERNAN DARIO ORTEGA DIAZ JOSE SIERRA BELKIS CHAMORRO

1. A una tobera cuya área de entrada es de 0,2 pie2, entra en forma estacionaria vapor de agua a 200 psia y 750 °F. El flujo másico de vapor por la tobera es 10 lbm/s. Vapor sale de la tobera a 200 psia con una velocidad de 1000 pies/s. Las pérdidas de calor desde la tobera por unidad de masa del vapor estiman en 1.2 Btu/lbm. Determine la temperatura de salida del vapor Solución: A una tobera entra vapor en forma permanente a un flujo y velocidad especificados. Se determinarán la velocidad de entrada del vapor y la temperatura de salida. Suposiciones: 

Éste es un proceso de flujo estable porque no hay cambio con el tiempo en algún punto, por lo tanto Mvc = 0 y EVC= 0.



No hay interacciones de trabajo.



El cambio de energía potencial es cero.

Análisis: Se toma a la tobera como el sistema, el cual es un volumen de control porque la masa cruza su frontera durante el proceso. Se observa que sólo hay una entrada y una salida, por lo tanto el flujo másico es igual en todos los puntos.

. }

Según tabla A6-E Libro Cengel Termodinámica P= 200 psia

700 °F 3,3796 750 °F 800 °F 3,3693

1374,1 1425,6

Se debe interpolar para encontrar los valores a 750 °F

̇

̇

̇ ̇ ̇

̇ ̇

Dividimos entre el flujo másico ̇ y despejamos

(

)

1382.12

(

)

}

Según tabla A6-E Libro Cengel Termodinámica P= 200 psia Temp. 700 °F

1374,1

800 °F

1425,6

2. Al tubo capilar de un refrigerador entra refrigerante 134 a como liquido saturado a 0.8 Mpa, el cual se estrangula a una presión de 0.2 MPa. Determine la calidad del refrigerante en el estado final y la disminución de temperatura durante este proceso. Solución El refrigerante 134a que entra a un tubo capilar como líquido saturado se hace pasar a través de un dispositivo de estrangulamiento a una presión especificada. Se determinará la calidad del refrigerante y la disminución de temperatura a la salida. Suposiciones  

La transferencia de calor desde el tubo es insignificante. El cambio de energía cinética del refrigerante es insignificante.

Análisis: Un tubo capilar es un simple dispositivo que restringe el flujo, el cual se emplea comúnmente en refrigeración para causar una gran caída de presión en el refrigerante. El flujo por un tubo capilar es un proceso de estrangulamiento; así, la entalpía del refrigerante permanece constante.

}

}

Como el estado de salida es una mezcla saturada a 0.2 MPa, la temperatura de salida debe ser la temperatura de saturación a esta presión, la cual es . Entonces el cambio de temperatura para este proceso es:

3. Los sistemas de calentamiento eléctricos usados en muchas casas consisten en un simple ducto con calentadores de resistencia, en los que el aire se calienta cuando fluye sobre alambres de resistencia. Considere un sistema de calefacción eléctrico de 18 kW donde el aire entra a la sección de calentamiento a 100 kPa y 20°C con un flujo volumétrico de 150 m3/min. Si en el ducto el aire pierde calor hacia los alrededores a una tasa de 200 W, determine la temperatura de salida del aire. Solución Se tiene el sistema de calefacción de una casa. La temperatura de salida del aire se determinará para el consumo de potencia eléctrica y el flujo de aire. Suposiciones:    

Éste es un proceso de flujo estable porque no hay cambio con el tiempo en ningún punto, por lo tanto los cambios de energía cinética son cero El aire es un gas ideal porque está a una temperatura alta y presión baja en relación con sus valores de punto crítico. Los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes. Para el aire se pueden usar calores específicos constantes a temperatura ambiente.

Análisis Se considera a la porción de sección de calentamiento del ducto como el sistema figura, el cual es un volumen de control porque la masa cruza su frontera durante el proceso. Se observa que sólo hay una entrada y una salida y, por consiguiente, el flujo

másico es el mismo en todos los puntos. También, se pierde calor desde el sistema y se suministra trabajo eléctrico al mismo.

A las temperaturas encontradas en aplicaciones de calentamiento y sistemas de aire acondicionado, h se puede reemplazar por (cp T) donde cp= 1.005 kJ/kg · °C, el valor a temperatura ambiente, con error insignificante. Entonces el balance de energía para este sistema de flujo estable se puede expresar en forma de tasa como: ̇

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̇ ̇

Las energías cinéticas y potencial se consideran 0)

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(

)

⁄

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⁄

4. Refrigerante 134a se va a enfriar con agua en un condensador. El refrigerante entra al dispositivo con un flujo másico de 6 kg/min a 1 MPa y 70°C, y sale a 35°C. El agua de enfriamiento entra a 300 kPa y 15°C y sale a 25°C. Sin considerar las caídas de presión, determine la tasa de transferencia de calor desde el refrigerante hacia el agua. Solución: Refrigerante 134a se enfría en un condensador por medio de una corriente de agua. Se determinará el flujo másico del agua de enfriamiento y la tasa de transferencia de calor del refrigerante hacia el agua. Suposiciones    

Éste es un proceso de flujo estable porque no hay cambio con el tiempo en ningún punto, por lo tanto No hay cambio en la energía cinética Las energías y potencial son insignificantes Las pérdidas de calor desde el sistema son insignificantes, así que Q=0 No hay interacción de trabajo.

Análisis: Se toma todo el intercambiador de calor como el de la figura, el cual es un volumen de control porque la masa cruza su frontera durante el proceso. En general, cuando se trata de dispositivos de flujo estable con varias corrientes hay varias posibilidades de selección del volumen de control, y la elección apropiada depende de la situación que se plantea. Se observa que hay dos corrientes de fluido (por lo tanto dos entradas y dos salidas) pero sin mezclado.

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Para cada fluido (agua y refrigerante) ̇ ̇

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Ahora es necesario determinar las entalpías en los cuatro estados. El agua existe como un líquido comprimido en la entrada y la salida ya que las temperaturas en ambos lugares están por abajo de la temperatura de saturación del agua a 300 kPa (133.52°C). Considerando el líquido comprimido como uno saturado a las temperaturas dadas, se tiene Según la tabla A-4 de Cengel de termodinámica

El refrigerante entra al condensador como un vapor sobrecalentado y sale como líquido comprimido a 35°C. De las tablas del refrigerante A-13 y A- 11 libro Cengel }

} Al reemplazar en los balances ̇

̇ ̇

(

)

̇ ̇ ̇

(

)

̇

5. La salida de potencia de una turbina de vapor adiabática es 6 MW, mientras que las condiciones de entrada y salida del vapor son como se indica en la figura. Determine el trabajo hecho por unidad de masa del vapor que fluye por la turbina y Calcule el flujo másico del vapor.

}

(

)

(

)

(

)

(

̇

)

̇ ̇ ̇ [

̇ ]

El flujo másico requerido para una salida de potencia de 6 MW es ̇

̇