TALLER / PRIMERA Y SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA 19/05/2020
1. Se utiliza vapor en el siguiente sistema de turbina adiabática para generar electricidad. El 15% del flujo másico de la
primera turbina se desvía para otro uso.
a. ¿Cuánto trabajo (en kJ / h) genera la primera turbina que es 80% eficiente?
b. ¿Cuánto trabajo (en kJ / h) genera la segunda turbina que es 80% eficiente?
c. El vapor para las turbinas es generado por una
caldera. ¿Cuánto calor se debe suministrar a la
caldera (no se muestra) que tiene 300 kg / h de
flujo? La corriente que ingresa a la caldera es T = 170
° C, P = 8 MPa. La corriente que sale de la caldera
hace coincidir la entrada con la primera turbina.
2. Ingresa agua líquida a 80 lbf/in2 y 300 °F a una cámara de vaporización a través de una válvula a un flujo másico de
22 lb/s. A la salida de la válvula, la presión es de 42 lbf/in2. Por la parte inferior de la cámara, sale líquido saturado a
40 lbf/in2 y el vapor saturado a 40 lbf/in2 sale por la parte superior. La corriente de vapor se alimenta a una turbina
de vapor que tiene una eficiencia isentrópica del 90% y una presión de salida de 2 lbf/in2. Para una operación de
estado estable, la transferencia de calor es
insignificante con el entorno y no hay efectos
significativos de energía cinética y potencial,
determine:
(a) La potencia desarrollada por la turbina, en
Btu/s.
(b) Tasas de producción de entropía, cada una
en Btu/R, para la válvula, la cámara y la
turbina. Comparar los resultados.
3. El refrigerante 134a se comprime adiabáticamente, se condensa
mediante la transferencia de calor al aire que pasa a través de un
intercambiador de calor, y luego se expande a través de una
válvula de estrangulamiento. Se conocen datos de
funcionamiento en estado estacionario mostrados en la figura.
Determine la producción de entropía para los volúmenes de
control que incluyen el condensador, el compresor y la válvula
de expansión. Discuta las posibles fuentes de irreversibilidad en
estos componentes.
4. Se desea licuar 1000 kg/h de propano después de una
compresión en dos etapas. El gas de entrada está a 300 K y 0.1
MPa. La presión a la salida del compresor adiabático I es de 0.65 MPa, y el propano ingresa a un enfriador entre
etapas donde sale a 320 K y 0.65 MPa. Luego el compresor adiabático II aumenta la presión de propano a 4.5 MPa.
El enfriador final baja la temperatura a 320 K y 4.5 MPa. Finalmente, la corriente ingresa a una válvula (adiabática)
dónde se acelera y disminuye la presión hasta 0.1 MPa. Los compresores adiabáticos tienen una eficiencia del 80%.
a. Determine el trabajo requerido por cada compresor. b. ¿Qué enfriamiento se requiere en el enfriador entre etapas
y en el enfriador final? c. ¿Qué porcentaje de propano se licúa y cuál es la temperatura final del líquido de propano?
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