Ejercicios Máquinas y Equipos Térmicos Ll

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE MOTUL

MÁQUINAS Y EQUIPOS TÉRMICOS ll

EJERCICIOS

AKÉ MÉNDEZ LUIS EDUARDO

MAY MAY MAY HEBERT DAMIÁN DAMI ÁN

TEPAL TEPAL CANCHÉ RODRIGO R ODRIGO ALEJANDRO

ASESOR: I.M CARLOS MOO CHALÉ

CARRERA: INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

GRADO Y GRUPO: SÉPTIMO SEMESTRE B.

MOTUL, YUCATÁN, MÉICO SEPTIEMBRE, !"#$

#"%#& Se usa refrigerante 134a como fluido de trabajo en un Ciclo Rankine ideal simple que opera la caldera a 1 400 kPa y el condensador a 10 °C !a me"cla a la salida de la turbina tiene una calidad de #$ por ciento %etermine la temperatura de entrada a la turbina& la eficiencia t'rmica del ciclo y la relaci(n de trabajo de retroceso de este ciclo

E'()*+ # R-/01-/)2(- #34) ')(5/)*+6 )1* 10°C P1*414$#kPa +1*,-43k./kg

)abla :;11

1*0000#30m3/kg

E'()*+ ! P2*1400kPa  bomba * 1P2 5 P16 *0000#30m3/kg14000kPa 5 414$#kPa6 * ".78##9J91  bomba * +2 5 +1 +2 * +1 7  bomba * ,-43k./kg 7 0$11k./kg * $$.!##9J91

E'()*+ 4 R-/01-/)2(- #34) ')(5/)*+6 )4 *10°C 84 *0#$ +f4 * ,-43k./kg +fg4 * 1#03k./kg )abla :;11 Sf4 * 02-2$,k./kg9°C Sfg4 * 0,3-,k./kg9°C

+4 * +f4 7 84+fg4 * ,-43k./kg 7 0#$61#03 k./kg6 * !&!.34&4 9J91 S4 * Sf4 7 84Sfg4 * 02-2$, k./kg9°C 7 0#$60,3-, k./kg9°C6 * ".;#!;9J91<=C

E'()*+ 3 R-/01-/)2(- #34) '+>/-?)l-2()*+6 P3*1400kPa S4 * S3 * 0#12#k./kg9°C Para +allar )3T-@-/)(5/) *- -2(/)*) ) l) (5/>02)6 se interpola la entrop
E0?0-2?0) (/@0?)  #  #8$.;#&4 9J91  !#".$;$! 9J916  ".##!8 salida * +3 5 +4 * 2,#03 k./kg 5 2-234-4 k./kg * 24-,1# k./kg Relaci(n de trabajo de retroceso  b> * entrada / salida r 

entrada *  bomba

/>  ".78## 9J91  !4.&$#; 9J91  "."3#8

#"%#$ ?n ciclo Rankine ideal simple que usa agua como fluido de trabajo opera su condensador a 40 °C y su caldera a 300 °C Calcule el trabajo que produce la turbina& el calor que se suministra en la caldera& y la eficiencia t'rmica de este ciclo cuando el apor entra a la turbina sin ning@n sobrecalentamiento

E'()*+ # L50*+ ')(5/)*+6 )1* 40°C P1*3$-1kPa )abla :;4

+1*1,-3k./kg 1*000100$m3/kg

E'()*+ ! L50*+ ')(5/)*+6 )2* 300°C P2*$-$#kPa

)abla :;4

 bomba * 1P2 5 P16 *000100$m3/kg$-$#kPa 5 3$-1kPa6 * 8.$4;#9J91  bomba * +2 5 +1 +2 * +1 7  bomba * 1,-3k./kg 7 $,4#1k./kg * #7$.#7;#9J91

E'()*+ 3 )+/ ')(5/)*+6 )3 *300°C 83 *1 +3 * 24#,k./kg )abla :;4 S3 * -0-#k./kg9°C

E'()*+ 4 )+/ @-*+6 )4 *40°C S3 * S4 +f4 * 1,-3k./kg +fg4 * 240,k./kg )abla :;4 Sf4 * 0-24k./kg9°C Sfg4 * ,$32k./kg9°C 84 * S4 ; Sf46 / Sfg4 84 * -0-# kg9°C 5 0-24 kg9°C6 / 4,$32 kg9°C * ".$$8# +4 * +f4 7 84+fg4 * 1,-3 k./kg 7 0,,$16240, k./kg6 * #774.;78$ 9J91

F(5/>02)  3  4  !74;.$ 9J91  #774.;78$ 9J91  ;74.$!#4 9J91 Calor que se suministra a la caldera

-2(/)*)  3  !  !74;.$ 9J91  #7$.#7;# 9J91  !&73.4!";9J91 qsalida * +4 5 +1 * 14#$, k./kg 5 1,-3 k./kg *

#$"7.448$9J91

=ficiencia t'rmica * 1 5 qsalida / qentrada6

E0?0-2?0) (/@0?)  #  #$"7.448$ 9J91  !&73.4!"; 9J916  ".37&3

#"%!# Considere una planta el'ctrica de apor de agua que opera en un ciclo Rankine ideal simple y tiene una producci(n neta de potencia de 4- A =l apor entra a la turbina a  APa y -00 °C y se enfr
E'()*+ # M-?l) ')(5/)*)6 P1*10kPa +1*1#1$1k./kg )abla :;3

1*0001010m /kg

E'()*+ ! P1*APaPa  bomba * 1P2 5 P16 *0001010m3/kg000kPa 5 10kPa6 * 7."&;;9J91  bomba * +2 5 +1 +2 * +1 7  bomba * 1#1$1k./kg 7 0-##k./kg * #;8.8$;;9J91

E'()*+ 3 )+/ '+>/-?)l-2()*+6 P3 *APa )3 *-00°C +3 * 34114k./kg )abla :;, S3 * ,$000k./kg9°C

E'()*+ 4 )+/ @-*+6 P4 *10kPa S3 * S4 +f4 * 1#1$1k./kg +fg4 * 23#21k./kg )abla :;Sf4 * 0,4#2k./kg9°C Sfg4 * 4##,k./kg9°C 84 * S4 ; Sf46 / Sfg4 84 * ,$000 k./kg9°C 5 0,4#2 k./kg9°C6 / 4##, k./kg9°C * ".8!"# +4 * +f4 7 84+fg4 * 1#1$1 k./kg 7 0$201623#21 k./kg6 * !#&3.&7#! 9J91 qentrada * +3 5 +2 * 34114 k./kg 5 1#$$,## k./kg *  3!#!.&3"#9J91 qsalida * +4 5 +1 * 21-3-12 k./kg 5 1#1$1 k./kg *

#;$#.7$#!9J91

=ficiencia t'rmica * 1 5 qsalida / qentrada6

E0?0-2?0) (/@0?)  #  #;$#.7$#! 9J91  3!#!.&3"# 9J916  ".37&3 m ´=

´ neto W  W neto

neto * qentrada 5 qsalida * 3212-301 k./kg 5 1#,1,12 k./kg * #!&".7$8;9J91 m ´=

´ neto   45000 kW  W  = = 35.9778 kg / s W neto 1250.7689 kJ / kg

(

´ salida =m´ q salida = Q

35.9778 kg

s

)(

1961.7612 kJ 

kg

)=

/s

70579.8521 kJ 

´ = ´m C  p ∆ T  Q ∆ T =

´ Q   70579.8521 kJ / s = =8.42 °C  ´  p (2000 kg / s )( 4.188 kJ / kg∗° C ) mC 

#"%!3 ?n ciclo Rankine simple usa agua como fluido de trabajo !a caldera opera a , 000 kPa y el condensador a -0 kPa : la entrada de la turbina& la temperatura es 4-0 °C !a eficiencia isentr(pica de la turbina es #4 por ciento& las p'rdidas de presi(n y de bomba son despreciables& y el agua que sale del condensador estB subenfriada en ,3 °C !a caldera estB diseada para un flujo mBsico de 20 kg/s %etermine la tasa de adici(n de calor en la caldera& la potencia necesaria para operar las bombas& la potencia neta producida por el ciclo& y la eficiencia t'rmica

E'()*+ # L50*+ ')(5/)*+6 P1*-0kPa )satD10kPa* $132°C

)abla :;-

)1*$132°C 5 ,3°C * -02°C +1*31403k./kg )abla :;4 3

+1*000102,m /kg

E'()*+ ! P1*,000kPa  bomba * 1P2 5 P16 *000102,m3/kg,000kPa 5 -0kPa6 * $.#"479J91  bomba * +2 5 +1 +2 * +1 7  bomba * 31403k./kg 7 ,104k./kg * 3!".#3479J91

E'()*+ 3 )+/ '+>/-?)l-2()*+6 P3 *,APa )3 *4-0°C

+3 * 3302#k./kg )abla :;, S3 * ,21#k./kg9°C

E'()*+ 4 )+/ @-*+6 P4 *-0kPa S3 * S4 +f4 * 340-4k./kg +fg4 * 2304k./kg )abla :;Sf4 * 10#12k./kg9°C Sfg4 * ,-01#k./kg9°C 84s * S4 ; Sf46 / Sfg4 84s * ,21# k./kg9°C 5 10#12 k./kg9°C6 / ,-01# k./kg9°C * ".8$$" +4s * +f4 7 84+fg4 * 340-4 k./kg 7 0$,,062304 k./kg6 * !33$.4#"! 9J91 ηT =

 h 3 −h4 h3−h 4 s

h4 =h3 −ηT  ( h3 −h4 s )=3302.9 kJ / kg −0.94 ( 3302.9 kJ / kg− 2336.4102 kJ / kg ) +4 * !3;4.3;;& 9J91

´ entrada= ´m ( h3 −h2 )= 20 kg / s ( 3302.9 kJ / kg −320.1347 kJ / kg ) Q ´ Q entrada =59655.306 kW 

´ salid a= ´m ( h3− h4 ) =20 kg / s (3302.9 kJ / kg −2394.3995 kJ / kg ) W  ´ salida=18170.01 kW  W 

´ entrada =m ´ W bomba=(20 kg / s )( 6.1047 kJ / kg ) W  ´ W  entrada =122.094 kW 

´ neto=W   ´ salida −W   ´ entrada =18170.01 kW −122.0944 kW =18047.9156 kW  W  ηtér =

´ neto W  ´ entrada Q

=

18047.9156 kW  59655.306 kW 

= 0.3025