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Leé el enunciado y abrí las hojas de la resolución en orden.
Una turbina adiabática funciona con vapor de agua a 5MPa y 400°C. Tiene un rendimiento isoentrópico del 80%. La salida se produce a 100kPa. El flujo másico es de 10kg/s.
Calcular:
a) Potencia de salida.
b) Entropía generada.
En una cámara de mezcla a entra agua líquida a con . Por otra conexión ingresa vapor sobrecalentado a , también a . La cámara pierde calor hacia el aire circundante a a razón de ; para el balance de entropía, tomá esa temperatura como la de la frontera térmica. La corriente de salida, a y , es una mezcla saturada de líquido y vapor. Despreciá los cambios de energía cinética y potencial y el trabajo de eje. Obtené las propiedades necesarias de las tablas de agua.
Determiná a) el caudal másico del vapor sobrecalentado y b) la entropía generada.
Intentá resolverlo antes de abrir los pasos.
Tomá como volumen de control toda la cámara, con dos entradas y una salida en régimen permanente. Al no acumularse masa, el balance general se reduce a la suma de los dos caudales entrantes igual al saliente; de allí sale el aporte de vapor del inciso a).
a) Ingresan de vapor sobrecalentado.
A , la presión de saturación de la tabla A-4 es menor que : el agua es líquido comprimido. En la fila de leé , , y . Aproximá la entalpía con la corrección de presión y la entropía con la del líquido saturado a igual temperatura. Completá la primera fila de la tabla de estados.
| Estado | T (°C) | P (kPa) | h (kJ/kg) | s (kJ/(kg·K)) | x | Estado físico |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 · líquido | 20 | 200 | ≈ 84,11 | ≈ 0,2965 | — | Líquido comprimido |
La salida es mezcla saturada. Su entalpía y calidad se obtienen con el balance de energía; su entropía, con la calidad y A-5. T₃ es la temperatura de saturación a 200 kPa.
En la tabla A-6 ubicá el bloque y dentro de él la fila . La temperatura de saturación indicada en el encabezado es , por lo que el vapor está sobrecalentado. Leé y en ese bloque, no en el de la presión vecina. Completá la segunda fila de la tabla de estados.
| Estado | T (°C) | P (kPa) | h (kJ/kg) | s (kJ/(kg·K)) | x | Estado físico |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 · líquido | 20 | 200 | ≈ 84,11 | ≈ 0,2965 | — | Líquido comprimido |
| 2 · vapor | 300 | 200 | 3072,1 | 7,8941 | — | Vapor sobrecalentado |
La salida es mezcla saturada. Su entalpía y calidad se obtienen con el balance de energía; su entropía, con la calidad y A-5. T₃ es la temperatura de saturación a 200 kPa.
Como la salida es una mezcla a , buscá esa presión en la tabla A-5. En esa fila leé y las entalpías del líquido y del vapor saturados. Cargá la tercera fila: la temperatura y la presión ya se conocen, pero , y todavía están pendientes.
| Estado | T (°C) | P (kPa) | h (kJ/kg) | s (kJ/(kg·K)) | x | Estado físico |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 · líquido | 20 | 200 | ≈ 84,11 | ≈ 0,2965 | — | Líquido comprimido |
| 2 · vapor | 300 | 200 | 3072,1 | 7,8941 | — | Vapor sobrecalentado |
| 3 · salida | 120,21 | 200 | Pendiente de energía | Pendiente | Pendiente | Mezcla saturada |
La salida es mezcla saturada. Su entalpía y calidad se obtienen con el balance de energía; su entropía, con la calidad y A-5. T₃ es la temperatura de saturación a 200 kPa.
Partí del balance de energía para el volumen de control en régimen permanente. Tomá positivo el calor que ingresa: la pérdida de equivale a . No hay trabajo de eje ni acumulación; despreciá los cambios cinéticos y potenciales de las corrientes. Reducí el balance, calculá y luego la calidad con A-5. Incorporá ambos valores a la tercera fila.
| Estado | T (°C) | P (kPa) | h (kJ/kg) | s (kJ/(kg·K)) | x | Estado físico |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 · líquido | 20 | 200 | ≈ 84,11 | ≈ 0,2965 | — | Líquido comprimido |
| 2 · vapor | 300 | 200 | 3072,1 | 7,8941 | — | Vapor sobrecalentado |
| 3 · salida | 120,21 | 200 | ≈ 1202,11 | Pendiente de A-5 | ≈ 0,31677 | Mezcla saturada |
La salida es mezcla saturada. Su entalpía y calidad se obtienen con el balance de energía; su entropía, con la calidad y A-5. T₃ es la temperatura de saturación a 200 kPa.
Regresá a la fila de en A-5 y esta vez leé las columnas de entropía y . Usá la calidad obtenida en el balance de energía para la mezcla saturada. Con , la tabla de estados queda completa antes de aplicar el balance de entropía.
| Estado | T (°C) | P (kPa) | h (kJ/kg) | s (kJ/(kg·K)) | x | Estado físico |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 · líquido | 20 | 200 | ≈ 84,11 | ≈ 0,2965 | — | Líquido comprimido |
| 2 · vapor | 300 | 200 | 3072,1 | 7,8941 | — | Vapor sobrecalentado |
| 3 · salida | 120,21 | 200 | ≈ 1202,11 | ≈ 3,3031 | ≈ 0,31677 | Mezcla saturada |
La salida es mezcla saturada. Su entalpía y calidad se obtienen con el balance de energía; su entropía, con la calidad y A-5. T₃ es la temperatura de saturación a 200 kPa.
Usá la temperatura absoluta de la frontera térmica indicada en el enunciado: . En régimen permanente no se acumula entropía; hay una sola transferencia de calor. Reducí el balance general y despejá la entropía generada. Como , el término es positivo. El resultado cumple la segunda ley.
b) La cámara genera aproximadamente de entropía.
Revisá el enunciado completo antes de contratar y elegí solamente el ejercicio que te sirva.
SISTEMA CERRADOUn tanque esférico rígido de 5 m³ contiene 125 kg de óxido nitroso (N₂O) en equilibrio térmico con el medio ambiente (T₀ = 20 °C).
a) Calcular el factor de compresibilidad para el gas y estimar su presión. En base al cálculo efectuado, ¿puede admitirse el comportamiento ideal para el gas? Justificar la respuesta;
b) En un día de verano, la temperatura del medio ambiente se incrementa hasta los 40 °C. Calcular el calor transferido al gas en estas condiciones;
c) Calcular el cambio de entropía del gas debido al calentamiento
d) Mediante su respectivo balance, calcular la entropía generada debido al calentamiento (T₀ = 40°C). Dato adicionales: cv = 0,7289 kJ/kg K. Justifique las respuestas.Alquiler individualAcceso al video durante 72 horas$5.000✓ Disponible en el plan de videos del temaVer enunciado y opciones →
COMPRESOR DE AIRESe tiene un compresor adiabático con rendimiento isoentrópico del 85%. Comprime aire desde T=298K y P=100kPa hasta una presión de 600kPa. El flujo masico que absorbe el compresor es de 3,7 kg/s.
a) Calcular la temperatura de salida del aire.
b) Calcular la entropía generada en el compresorAlquiler individualAcceso al video durante 72 horas$5.000✓ Disponible en el plan de videos del temaVer enunciado y opciones →
TURBINA + INTERCAMBIADOR DE CALORA una turbina adiabática ingresa vapor de agua a p1=8 MPa y T1=600º C, saliendo de la misma a p2=2 MPa. La turbina tiene un rendimiento isoentrópico de 0.85. El caudal es de 7500 kg/h. A la salida de la turbina, el caudal ingresa a un intercambiador, donde cede calor a un proceso industrial, hasta condensarse y salir del mismo como líquido saturado, en un estado 3.
1) Dibuje un esquema de la instalación, construya una tabla con los estados 1, 2 y 3 DEBIENDO FIGURAR EN LA HOJA LOS CÁLCULOS REALIZADOS.
2) Calcule la potencia entregada por la turbina real;
3) entropía generada por el sistema, considerado como un sistema único a la turbina y al intercambiador, considerando que el sistema cede calor a la temperatura de condensación del proceso T3. Justifique todas las respuestas.Alquiler individualAcceso al video durante 72 horas$5.000✓ Disponible en el plan de videos del temaVer enunciado y opciones →
INTERCAMBIADOR DE CALOR 1 FLUJOPor un conducto circula vapor de agua a una presión de 0,2 MPa. Se calienta a presión constante donde recibe calor desde una fuente que se encuentra a 700°C. Al ingresar al conducto su título es de 0,6 y al salir del mismo su temperatura de 600°C. Si durante el proceso circulan 500 kg de vapor determine:
a. Variación de entropía del vapor. ∆S12: 1944,35 kJ/K.
b. Variación de entropía de la fuente. ∆Sf: -965,14 kJ/K.
c. Variación de entropía del universo. ∆Su: 979,21 kJ/KAlquiler individualAcceso al video durante 72 horas$5.000✓ Disponible en el plan de videos del temaVer enunciado y opciones →
CALDERA + TURBINA + CONDENSADORAgua a t1=45,9 °C y p1=6 MPa ingresa a una caldera. La caldera recibe calor desde una fuente cuya temperatura vale tc=600 °C. El fluido sale de la caldera a t2=300 °C y p2=6MPa, e ingresa a una turbina adiabática, con un rendimiento isoentrópico de 0,75. Luego sale de la misma a p3=10 kPa, e ingresa a un condensador saliendo del mismo como líquido saturado, a esa misma presión, (en el punto 4). El condensador cede calor al ambiente a una temperatura tf=25 °C.
Se pide:
a) realizar el esquema de la instalación;
b) Confeccionar una tabla con los estados de los puntos 1 a 4;
c) confeccionar una diagrama Ts, fuera de escala, mostrando la evolución dentro de la instalación;
d) calcular los calores recibidos y entregados por unidad de masa, por la instalación;
e) calcular el trabajo por unidad de masa, entregado por la instalación
f) calcular la entropía generada por unidad de masa, en toda la instalación.Alquiler individualAcceso al video durante 72 horas$5.000✓ Disponible en el plan de videos del temaVer enunciado y opciones →
COMPRESOR DE AIREUn compresor comprime un caudal de aire de 10 kg/min, desde una presión p1=100 kPa y T1=300 K, hasta una presión p2=300 kPa. Dentro del compresor, el aire sigue una evolución adiabática, con un rendimiento isoentrópico de 85%. El aire ingresa luego a un intercambiador de calor adiabático, donde cede calor a un circuito de agua. Ambos fluidos no se mezclan. El agua ingresa a T4=283 K y sale a T5=328 K. El aire sale del intercambiador a T3=340 K.
1)Haga un esquema de la instalación y un diagrama Ts del aire, respetando la numeración del enunciado, y determine:
2)trabajo del compresor;
3)temperatura de salida del compresor T2;
4)calor cedido por el aire en el intercambiador;
5)caudal de agua que circula por el intercambiador
6) entropía generada en el intercambiador de calor.
Considere cp constante e igual a 1,018 kJ/(kgK). Considera x=1,4 y Raire=0,287 kJ/kgK. Ayuda: aproxime el agua al borde la campana. No existe pérdida de presión en los dos circuitos del intercambiador. Justifique las respuestas.Alquiler individualAcceso al video durante 72 horas$5.000✓ Disponible en el plan de videos del temaVer enunciado y opciones →
TURBINAEn una turbina adiabática entra vapor a 6 MPa y 600°C y sale a 50 kPa y 100°C. Si la potencia de salida de la turbina es de 5 MW. Determinar:
a. Flujo másico de vapor que fluye por la turbina. m: 5,12 kg/s
b. El rendimiento isentrópico. ηisent: 0,838.Alquiler individualAcceso al video durante 72 horas$5.000✓ Disponible en el plan de videos del temaVer enunciado y opciones →
ENFRIADOR DE AIREUn enfriador de aire usa agua como fluido refrigerante. Funciona con los siguientes parámetros.
Condiciones del agua:
Entrada: Te = 20 °C, Pe = 5 MPa.
Salida: Ts = 40 °C, Ps = 5 MPa.
Condiciones del aire:
Entrada: Te = 90 °C, Pe = 9 kgf/cm².
Salida: Ts = 25 °C, Ps = 9 kgf/cm².
El subíndice e corresponde a la entrada y el subíndice s, a la salida. El caudal volumétrico del aire en la entrada es de 30 m³/min.
Calcular:
a) Variación de entropía del agua. ΔSagua = 54,74 kJ/(K·min).
b) Variación de entropía del aire. ΔSaire = -50,37 kJ/(K·min).
c) Variación de entropía del universo. ΔSu = 4,37 kJ/(K·min).Alquiler individualAcceso al video durante 72 horas$5.000✓ Disponible en el plan de videos del temaVer enunciado y opciones →Elegí los videos de este tema, la resolución de tu guía y el foro de la materia según lo que necesites.
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