UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE HONDURAS ESPACIO DE APRENDIZAJE MECANICA DE FLUIDOS IM-328
Objetivo General:
Diagnosticar el entendimiento de los conceptos y definiciones desarrolladas en el espacio de aprendizaje. Objetivo Específico:
1. Identificar el entendimiento de los conceptos y definiciones vistas en el espacio de aprendizaje 2. Determinar la capacidad de análisis en la resolución de problemas. 3. Compara los resultados con otros equipos de trabajo. Observaciones:
Para el desarrollo de cada uno de los casos de estudio, bajo detallado, es de estricto cumplimiento que los cálculos y conclusiones sean detalladas en su totalidad. Cada calculo y conclusiones debe hacerse referencia a una definición o concepto visto en el aula del espacio de aprendizaje que respalde los resultados mostrados. El reporte del desarrollo de los casos de estudio deberá ser presentado uno por equipo y cualquiera del equipo podrá ser seleccionado para explicar el detalle el mismo. El desarrollo del caso de estudio en el aula será evaluado mediante una rúbrica previamente mostrada en el aula de clase Descripción:
Los siguientes casos de estudio pertenecen a la primera unidad:
CASOS DE ESTUDIO PRIMERA UNIDAD
CASO DE ESTUDIO 1 1. Tres recipientes están en contacto directo. En uno hay una mezcla de agua y vapor, en el otro únicamente vapor sobrecalentado y en la tercera agua saturada. ¿Indique mediante un diagrama la transferencia de calor entre los recipientes?
2. En un recipiente se tiene una mezcla de agua y vapor a 100 Psi. El recipiente tiene un volumen de 20 pies cúbicos y una masa de 10 libra masa de mezcla de agua y vapor. ¿Calculas el volumen y masa vapor y el volumen y masa liquida? 3. ¿Enumere tres similitudes entre el calor y trabajo? 4. Las oficinas 102 y 103 del edificio Plaza tiene dimensiones iguales. Se toman la
temperatura de ambas habitaciones al mismo tiempo cuando están vacías y ambas tiene una temperatura de 18 grados centígrados. En el tiempo T1 en ambas habitaciones entran tres personas y enciendes tres computadoras y permanecen en la habitación por espacio de una hora. Si después de la hora se toma la temperatura de la habitación: ¿Las habitaciones estarán a la misma temperatura?
5. Dos recipientes metálicos A y B ambos a una presión de 200 psi están en contacto directo. El recipiente A contiene una mezcla de agua y vapor mientras que el recipiente B contiene agua saturada. ¿Indique la dirección de la transferencia de energía en forma de calor?
CASO DE ESTUDIO 2
1. Dos habitaciones están totalmente aisladas. Ambas tienen dos estufas idénticas una con combustible para una hora de operación, la otra con combustible para tres horas de operación. Ambas habitaciones están a tres grados centígrados más altas que el medio ambiente. ¿Cuál de las habitaciones estará más caliente después de una hora de operación de las estufas?
2. En una bodega de cinco metros de largo, por cinco metros de ancho y tres metros de altura, se encuentra ubicada una caldera para la generación de energía eléctrica en la planta. La habitación posee una ventana de ventilación con lo cual se mantiene la misma a una temperatura constate de 50 grados centígrados de temperatura y a la presión atmosférica de 14.7 psi. La cadera opera a una presión de 100 psi y la temperatura de 327.81 grados Fahrenheit. Cuando Usted está de vista en la planta se daña el termómetro de la caldera y le piden a Usted que les ayude a mantener la caldera funcionando ya que siempre debe haber una mezcla de agua y vapor. En la planta cuentan con las siguientes herramientas: Dos martillos, dos ventiladores móviles, un termómetro ambienta, dos mangueras de 20 metros, un manómetro, dos cucharas soperas. ¿Qué les puede sugerir al operario de la caldera para no parar la operación de la misma?
3. Si una habitación está a 20 grados centígrados en Alaska y otra habitación está a 20 grados centígrados en Dubái. ¿Estarán ambas habitaciones en equilibrio térmico?
CASO DE ESTUDIO 3
1. Un ventilador eléctrico en un cuarto aislado se conecta a un banco de baterías de alta energía y larga duración que descansa sobre el piso del cuarto. El ventilador se enciende y funciona hasta que la batería se agota.
¿Qué puede decir de la energía del cuarto antes y después del funcionamiento del ventilador? ¿Qué puede decir de la temperatura del cuarto antes y después del funcionamiento del ventilador?
2. La puerta de un refrigerador eléctrico domestico ordinario se queda abierto por accidente (encendido) mientras las personas que habitan la casa están fuera durante una semana. Si las puertas de la cocina están cerradas y el cuarto esta térmicamente bien aislado. ¿el cuarto estará más caliente más frio o a la misma temperatura que el resto de la casa cuando regrese la gente?
3. Si tenemos una soda bien fría expuesta en un escrito que está a la temperatura ambiente
¿Disminuye o aumenta la energía de la soda? ¿Qué principio básico gobierna el proceso?
4. Un sistema recibe 1,000 Joules de calor y realiza 2,000 Joules de trabajo en los alrededores.
¿Es esto posible?
CASO DE ESTUDIO 4
1. Tres recipientes a la misma presión. Los tres están en contacto directo. Uno esta como vapor sobrecalentado, otro como vapor saturado y otro como agua únicamente.
¿Existe transferencia de calor entre los tres recipientes? ¿Muestra la dirección de la transferencia de calor si existe?
2. En un recipiente herméticamente cerrado hay una mezcla de agua y vapor. Se toma la temperatura y la presión y se anotan los datos. Luego de quince minutos se toma nuevamente la presión y la temperatura y la temperatura aumento diez grados mientras que la presión permanece constante.
¿qué podemos decir del ultimo estado termodinámico?
3. Dos cubos de hielo son colocados juntos y expuestos al medio ambiente. ¿Hay transmisión de energía en forma de calor?
4. El sistema termodinámico detallado tiene 5 BTU de calor. ¿Está bien o mal formulada la afirmación?
CASO DE ESTUDIO 5
1. El ventilador eléctrico de un cuarto aislado se conecta a un banco de baterías de alta energía y larga duración que descansa en el piso del cuarto. El ventilado se enciende y funciona hasta que las baterías se agotan. 1. ¿Qué puede decir de la energía del cuarto antes y después del funcionamiento del ventilador? 1. ¿Qué puede decir de la temperatura del cuarto antes y después del funcionamiento del ventilador?
2. Una masa de 10 kg cuelga 2 metros sobre el piso y se conecta mediante una cuerda y una polea con una masa de 40 kg que descansa sobre el piso. Usted alcanza y con mucho esfuerzo consigue hacer caer el peso de 10 kg al piso y la mantiene en esa posición. ¿Qué pasa con la energía de la masa de 10 kg durante el proceso Aumenta, disminuye o permanece sin cambio?
4. Explique la diferencia entre Trabajo y Potencia 5. Explique la diferencia entre Calor y Trasferencia de Calor
CASOS DE ESTUDIO 6
1. Dos recipientes idénticos contienen ácido clorhídrico en la misma proporción. En cada uno de los recipientes se dejan caer un resorte idéntico. Uno se deja caer a 10 centímetros de altura y el otro a 12 centímetros de altura. ¿La energía después que se disuelven los resortes será diferente o igual en ambos recipientes? 2. Dos cubos de hielo uno a menos 10 grados centígrados y otro a menos 15 grados
centígrados, se colocan juntos (contacto directo) en una mesa a temperatura ambiente. ¿Indicara la dirección de la trasferencia de calor y existe?
3. Dos vehículos idénticos halan dos pesos idénticos unos diez metros de distancia. Uno de
los pesos debe halarse en una cuesta con una pendiente de 2 grados y la otra con cero pendientes. Si el trabajo es fuerza por la distancia. ¿La energía entrega por los vehículos al final de los diez metros es igual o diferente? ¿Cómo es la energía en los pesos al final del proceso?
4. Dos ollas de presión contienen agua, uno contiene 50 ml de agua y el otro 75 ml de agua. Los dos recipientes se cuentas en habitaciones diferente. Ambos recipientes se colocan en estufas de gas idénticas y se calienta por espacio de veinte minutos hasta que ambos alcanzan la misma temperatura de 200 grados Fahrenheit y se mantiene estable. ¿Cuál es la presión en cada una de las ollas de presión? Nota: Tomar en cuenta el volumen de los recipientes 5. De las siguientes variables ¿Cuáles son intensivas y cuales son intensivas y por qué?
a. b. c. d. e.
Volumen especifico Calor Trabajo Densidad Volumen
Casos de estudio de la segunda unidad.
CASO DE ESTUDIO 1
Una multinacional con el objetivo de contratar al mejor gerente de operaciones a decido poner a prueba los candidatos a dicho puesto, mediante el siguiente caso de estudio: El último año la compañía ha presentado un problema serio con el cumplimento de las exigencias de demanda de energía eléctrica en el país. El año pasado se contrató los servicios de una compañía para que realizara un estudio del ciclo de potencia que en la actualidad están utilizando. A dicha compañía se le cancelo la cantidad de 500,000 lempiras y se llegó a la siguiente conclusión: La turbina que en la actualidad se está utilizando no cumple con la con la demanda de entrega de energía por lo que se hace necesaria adquirir una nueva a un costo de US$ 750,000.00 la cual generara la energía suficiente para suplir la demanda con la que en actualidad se necesita. La especificación de la turbina a comprar son las siguientes. Especificaciones Turbina
Valores
Presión de entrada (psi) Temperatura de entrada (F) Presión de salida (psi) Condición de salida (calidad) costo
130 1,100 8 98 750,000.00
El ciclo de potencia que se está utilizando es el siguiente: Equipo
Turbina Caldera Condensador Bomba
Presión de Presión de entrada Salida (psi) (psi) 150 55 200 200 5 200
Temperatura de entrada (F) 1200 1250
Temperatura de salida (F)
Condición de salida 100 % Liquido Saturado Liquido Saturado Liquido Saturado
Nota: La tubería entre la caldera y la turbina tiene problemas de aislamiento por lo que existe una pérdida de presión y temperatura de 50 psi y 50 grados Fahrenheit respectivamente. Nota 2: Las condiciones de salida de la caldera puede ajustarse a diferentes presiones y temperatura.
Nota 3: Calcular, Transferencia de calor caldera, transferencia de calor en el condensador, potencia en la bomba, potencia en la turbina, para el sistema seleccionado. Nota 4: Flujo másico varía entre 15,200 libra masa/hora máxima y 14,200 Libra masa/hora mínima
CASO DE ESTUDIO 2
En la actualidad la potencia requerida por la planta ha cambado, por lo que se hace necesario remplazar la bomba y la caldera del ciclo de potencia. El ciclo de potencia a seleccionar debe ser aquel que entrega la mayor energía en la Turbina y si se puede el más económico posible
El condensador que se tiene cumple con las necesidades de la planta y se puede regular a cualquier presión de salida de la turbina. Presión de Entrada (psi) Condición de entrada Presión de salida Condición de salida
70 100 % 20 psi Liquido saturado
Los proveedores han enviado las siguientes cotizaciones para que Usted decida el equipo que ha de cambiar
ESPECIFICACIONES
CALDERA 1
CALDERA 2
CALDERA 3
Presión Máxima de Salida (psi) Temperatura de salida (F) Condición de Salida
Pa
2Pa
0.4Pa
Ta
0.5Ta
2Ta
Vapor Sobrecalentado Pa
Vapor Sobrecalentado 2Pa
Vapor Sobrecalentado 0.4Pa
Liquido Saturado US$ 42,000.00
Liquido Saturado US$ 40,000.00
Liquido Saturado US$ 42,000.00
BOMBA 1 2Pa
BOMBA 2
BOMBA 3
0.4Pa
Pa
Liquido Saturado 20
Liquido Saturado 20
Liquido Saturado 20
Liquido Saturados US$ 3,000.00
Liquido Saturados US$ 2,500.00
Liquido Saturado US$ 2,800.00
Presión Máxima de Entrada (psi) Condición de Entrada Inversión
ESPECIFICACIONES Presión Mínima de Salida (psi) Presión Máxima de Entrada (psi) Condición de Salida Presión de Entrada (psi) Condición de Entrada Inversión
CASO DE ESTUDIO 3
En la compañía donde usted labora, El Consejo de Administración ha decido remplazar alguno de los elementos del ciclo de potencia que en la actualidad se utiliza para la generación de energía eléctrica en la compañía. Dichos elementos ya han cumplido su vida útil, por lo que para poder cumplir con la nueva demanda de la compañía será necesario el remplazo de la turbina, caldera y bomba ya existente. El sistema actual trabaja con un flujo másico de 50,000 lbm/hr, y este se mantendrá sin cambio alguno. La nueva turbina de gas a ser utilizado entregara una potencia de 3,612 hp necesarios para poder cumplir con los requerimientos de energía eléctrica la cual se estima no cambiara por los próximos siete años Dado que el año pasado se compró el condensador que en actualidad se está utilizando, la turbina que se utilizara se ha regulado para que las condiciones de salida de la misma, se mantengan como están en la actualidad de 30 psi y vapor saturado con una calidad del 100% y a la de salida de 15 psi y líquido saturado. Dado que la tubería es vieja y no hay suficientes fondos para cambiar la misma, la perdida de presión y temperatura entre la caldera y la turbina es del 100 psi y 100 grados Fahrenheit El Consejo de Administración ha pensado que ya que se cuenta con una turbina más eficiente que la anterior, considera que se puede tomar un flujo másico de 10,000 libra masa/hora (de los 50,000 libra masa / hora con los que puede operar el ciclo de potencia) a la salida de la caldera para el secado de materia prima, esto se llevara a cabo mediante la instalación de una tubería adicional que se colocara a la salida de la caldera y que será independiente de la tubería que envía el vapor sobrecalentado a la turbina para su funcionamiento. Dado que la bomba vieja no cumple con los nuevos requerimientos, se hace necesaria la compra de una nueva, para lo cual se ha solicitado a los proveedores locales una cotización con los siguientes resultados:
Especificaciones
Presión de Salida (PSI) Precio Comentarios
Bomba A
Bomba B
Bomba C
1100
1100
990
US$ 25,000
US$ 19,000
US$ 19,000
Perdida de presión Perdida de presión No hay pedida de primer año 5 %, primer año 5 %, presión y se
segundo año 3% adicional, luego se mantiene sin cambio hasta 7 años
segundo año 5% mantiene hasta un adicional, luego se máximo de siete años mantiene sin cambio hasta 7 años
Adicionalmente se cuenta con las siguientes cotizaciones de calderas las cuales se detallan a continuación. Especificaciones
Presión de Salida (PSI) Presión de entrada (PSI) Temperatura de Salida (F) Flujo m asico máximo de operación (Lbm/ hr) Costo Caldera
Especificaciones de Calderas Caldera A Caldera B
Caldera C
1000 1000 900 50,000
1000 1200 800 50,000
900 1100 900 50,000
US$ 100,000
US$90,000
US$ 100,000
Luego de toda esta información, El Consejo de Administración le solicita a usted como Gerente de Operaciones, que le establezca cuales son los equipos que deben ser adquirido por la empresa, tomando para ello las siguientes condiciones. 1. El ciclo termodinámico debe de cumplir con las exigencias de potencia solicitada por la empresa. 2. Debe de tomarse el ciclo que represente el menor costo posible tomando para ello únicamente el precio de los elementos a cambiar.
Dado que la decisión final de la compra del equipo es potestad de El Consejo de Administración SERA NECESARIO justificar sus recomendaciones. Adicionalmente El consejo de Administración considero necesario se hagan los siguientes cálculos: 1. Transferencia de calor del sistema seleccionado. 2. Potencia de la bomba. 3. Perdida de calor en el condensador
CASO DE ESTUDIO 4
En los últimos anos el Consejo de Administración de su empresa se ha visto en la necesidad de remplazar a varios Gerentes de Operaciones ya que no cumplen con las expectativas de conocimiento necesarios para que la planta de generación de energía eléctrica opere eficientemente. Por decisión unánime el Consejo de Administración a decisión contratar un nuevo Gerente de Operaciones que les pueda brindar la mejor opción con el fin de evitar el problema que en la actualidad tiene con el equipo que está operando en la planta. Aunque los equipos tienen diez años de operación, los mismos tiene una vida útil de veinte años garantizados. La tubería que se tiene actualmente ya cumplió su vida útil de diez años, por lo que será decisión del nuevo Gerente de operaciones el remplazo de los equipos necesarios para el correcto funcionamiento de la planta, ya que cuando se instala el sistema estaba funcionando correctamente. (entregaba la potencia requerida por la planta) Datos del sistema actual que no está funcionando correctamente Elemento de Maquina
Caldera
Presión Presión Temperatura Temperatura Salida
Entrada
Salida
Entrada
(psi)
(psi)
(F)
(F)
250
250
600
Condición
Condición
Salida
Entrada
Liquido Comprimido
Turbina
30
125
Bomba
250
25
Condensador
25
30
400
100% Liquido
Liquido
Comprimido
Saturado
Liquido
100%
Saturado
Dado que la planta necesita al menos una turbina que genera una potencia no menor de 615 caballos de potencia para operar eficientemente, el Consejo de Administración se adelantó y solcito una cotización para una nueva turbina de gas, la cual tiene las siguientes especificaciones técnicas.
Presión de Entrada (psi) Temperatura de Entrada (F) Presión de Salida (psi) Condición de salida Inversión (US$)
225 550 30 100 % 100,000.00
Debido al tamaño de la nueva turbina se hace necesario la reubicación a unos cinco metros más de la posición que actualmente está ubicada (25 metros de la caldera) por lo que se usara una nueva tubería reversita con un aislamiento con las siguientes especificaciones Material
Diámetro (Pulgadas)
Acero
6
Perdida de Presión por metro (psi) 1
Perdida de Temperatura por metro (F) 2
Costo por metro (US$)
Vida Útil (Años)
50
15
El nuevo Gerente de Operaciones que contratar debe de entregar al Consejo de Administración un reporte con las siguientes recomendaciones y cálculos
1. 2. 3. 4. 5. 6.
La mejor opción posible Costo de los cambios realizados Potencia de la turbina usada Transferencia de calor en la caldera Potencia de la bomba Transferencia de calor en el condensador
Nota1: El flujo másico con el que el ciclo de potencia opera y seguirá operando es de 15,000 libra masa por hora Nota2: El condensador es nuevo por lo que este se puede ajustar a cualquier presión de salida y a todas las condiciones de la turbina que se compre.
Casos de estudio de la tercera unidad.
CASO DE ESTUDIO 1
Durante la visita a una de sus plantas generadoras de energía eléctrica, se encontró que la eficiencia de la planta aumento un 5 por ciento con relación al año anterior. Esto fue producto del cambio de la tubería entre la caldera y la turbina. En la actualidad la perdida de presión en la tubería entre la caldera y la turbina bajo de un 20 por ciento a solamente un 5 por ciento, y debido al excelente aislamiento de la tubería nueva no hay perdida de temperatura entre la caldera y la turbina En la actualidad las condiciones de salida en la caldera son 200 libras fuerzas sobre pulgadas cuadradas y una temperatura de 1,100 grados Fahrenheit. A la salida de la turbina las condiciones de temperatura y presión son las siguientes: 193.16 grados Fahrenheit y 10 libras fuerzas sobre pulgadas cuadradas. A la salida del condensador la situación es diferente ya que la presión de salida es de 8 libras fuerzas sobre pulgadas cuadradas y liquido saturado. A la salida de la bomba las condiciones son las siguientes: 200 libras fuerzas sobre pulgadas cuadradas y liquido saturado. El flujo másico del ciclo termodinámico (adiabático reversible) es de 15,000 libra masa por hora. El consejo de administración le solicita a usted le ayude con los siguientes cálculos: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Potencia en la turbina Transferencia de calor en la caldera Transferencia de calor en el condensador Potencia de la bomba Perdida de energía entre la caldera y la turbina Orden en la presentación de los cálculos
CASO DE ESTUDIO 2
Para el ciclo termodinámica (Adiabático Reversible) detallado calcular: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Potencia de la turbina Potencia de la bomba Transferencia de calor en la caldera Transferencia de calor en el condensador Perdida de energía en la tubería entre la caldera y turbina Orden en la presentación de los cálculos Eficiencia del Sistema
Nota: En la tubería entre la caldera y la turbina se pierde el 10 % de la presión y la temperatura Nota: Flujo másico 20,500 lbm/hr Nota: La potencia debe ser calculada en HP Descripción
Caldera Condensador Bomba
Presión Presión Temperatura Temperatura Entrada Salida Entrada Salida (psi) (psi) (F) (F) 200 200 1080 4 3
Condición Salida
Condición Entrada Liquido Saturado
152.91 200
Liquido Saturado
Liquido Saturado
CASO DE ESTUDIO 3
Durante una vista al ingenio azucarero más grande de Honduras, el Gerente de Operaciones a contratado los servicios de su firma de ingeniero para que le ayuden a decidir cuál debe ser el ciclo de potencia que deben comprar. Dos compañías han enviado sus cotizaciones de turbinas calderas y bombas y le piden a Usted les diga cuál debe ser el sistema más eficiente que deben compra. El sistema ya existente (adiabático reversible) tiene una tubería nueva entre la caldera y la turbina que presenta una pérdida de presión de 10 psi y 50 grados Fahrenheit Le piden que calcule: 1. 2. 3. 4.
Potencia en la turbina Potencia en la bomba Transferencia de calor en la caldera Elección del sistema
Especificaciones de la Caldera Especificaciones Presión máxima de salida (psi) Presión Mínima de salida (psi) Temperatura mínima de salida (F) Temperatura máxima de salida (F)
Caldera Gama 500 200 800 1000
Caldera Sigma 600 120 510 1300
Turbina Sigma 190 500 750 950
Turbina Gama 110 590 500 1300
Especificaciones de la Turbina Especificaciones Presión mínima de entrada (psi) Presión máxima de entrada (psi) Temperatura mínima de entrada (F) Temperatura máxima de entrada (F)
En el mercado hay una gran grama de bombas con diferentes presiones de salida por lo que Usted puede decir la presión de salida. Pero una de las condiciones en que sale como liquido saturado. La presión de salida de condensador es de 10 libras fuerzas sobre pulgadas cuadradas y liquido satura y la condicione de entrada 15 libras fuerzas sobre pulgadas cuadradas y una calidad de 98 por ciento, debe seguir usándose la misma, para el nuevo ciclo
CASO DE ESTUDIO 4
En la compañía para la cual usted presta los servicios, El consejo de Administración, le ha solicitado a usted como Gerente de General de la compañía que, de un dictamen, de cuál debe ser la mejor combinación de equipos termodinámicos (sistemas adiabático reversible) que la compañía debe de comprar para hacerle frente a los retos de la competencia. La compañía requiere de una potencia de 8,376 hp para que la planta de producción pueda operar al 100 % de su capacidad en condiciones normales, sin que exista un requerimiento adicional o imprevisto en la operación. En la actualidad el flujo másico con el cual opera el sistema termodinámico en la compañía es de 50,000 libra masa /hora y se mantendrá para el nuevo sistema termodinámico. Dado que las tuberías existentes son viejas y tiene problema de aislamiento, el vapor desde La salida de la caldera hasta la entrada de la turbina presenta perdida de presión y temperatura de 100 psi y 100 grados Fahrenheit respectivamente. Las siguientes compañías fabricantes de turbina han presentado las siguientes ofertas
Descripción
Presión máxima de entrada (psi) Temperatura de entrada (F) Presión de salida (psi) Condición de salida Inversión
Turbina 1
Turbina 2
Turbina 3
600
800
1500
1150
1150
1200
50
35
70
Vapor saturado 100% US$ 130,000
Vapor saturado 100% US$ 125,000
Vapor saturado 100% US$ 130,000
Así mismo la compañía fabricante de calderas ha presentado las siguientes ofertas de sus equipos descripción
Caldera 1
Caldera2
Caldera3
Presión de salida (psi) Temperatura de salida (F) Presión Máxima de entrada (psi) Inversión
700
900
1600
1250
1250
1300
800
1000
1600
US$ 120,000
US$ 120,000
US$122,000
Los fabricantes de bombas han enviados sus respectivas cotizaciones las cuales se detallan a continuación Descripción
Bomba 1
Bomba 2
Bomba 3
Presión de salida Máxima (psi) Presión de entrada máxima (psi) Inversión
800
1000
1600
20
20
20
US$ 20,000
US$ 20,000
US$20,000
En el último consejo de administración por decisión unánime han decidido enviarle un memorándum a Usted como Gerente de General el cual dice lo siguiente. Para: Gerente de General De: Consejo de Administración Asunto: Compra de equipo del Sistema termodinámico de la compañía.
La Compañía atraviesa momentos difíciles Los cuales han provocado problemas serios de flujo de dinero, esto debido a competencia extranje ra las cuales cuenta con capitales más fuertes y sanos. Para hacerle frente a esta competencia, los cuales amenazan con dejar sin trabajo a más de 200 jefes de familia. Se ha decidió dejar en sus manos la elección del equipo nuevo, con el fin de mejorar la eficiencia en la operación de la compañía. Aun y cuando no se cuenta con todo el recurso monetario, se solicitará el prestamos que se ha necesario para que usted decida. EL consejo de administración confía que su elección sea la mejor para el beneficio de la compañía y de todos sus empleados, los cuales espe ran de usted su mejor decisión para seguir laborando en esta compañía. Atentamente Consejo de Administración Debido a que de usted depende que la compañía siga operando y que muchas familias sigan proveyendo alimentos a sus seres queridos, se le pide tomar la mejor decisión para volver la compañía más eficiente y que pueda competir en el mercado nacional . Nota: Justificar su respuesta con dados y realizar los siguientes cálculos: 1. Transferencia de calor en la caldera 2. Potencia Bomba 3. calor en el condensador
CASO DE ESTUDIO 5
En la compañía para la cual usted presta los servicios, El consejo de Administración, le ha solicitado a usted como Gerente de General de la compañía que, de un dictamen, de cuál debe ser la mejor combinación de equipos termodinámicos (sistemas adiabático reversible) que la compañía debe de comprar para hacerle frente a los retos de la competencia. La compañía requiere de una potencia de 4,848 hp para que la planta de producción pueda operar al 100 % de su capacidad en condiciones normales, sin que exista un requerimiento adicional o imprevisto en la operación. En la actualidad el flujo másico con el cual opera el sistema termodinámico en la compañía es de 40,000 lbm/hr y se mantendrá para el nuevo sistema termodinámico. Dado que las tuberías existentes son viejas y tiene problema de aislamiento, el vapor desde La salida de la caldera hasta la entrada de la turbina presenta perdida de presión y temperatura de 100 psi y 100 grados Fahrenheit respectivamente.
Las siguientes compañías fabricantes de turbina han presentado las siguientes ofertas Descripción
Presión máxima de entrada (psi) Temperatura de entrada (F) Presión de salida (psi) Condición de salida Inversión
Turbina 1
Turbina 2
Turbina 3
1000
900
800
1000
900
150
10
Vapor saturado 100% US$ 130,000
Vapor saturado 100% US$ 120,000
40 Vapor saturado 100% US$ 120,000
Así mismo la compañía fabricante de calderas ha presentado las siguientes ofertas de sus equipos descripción
Caldera 1
Caldera2
Caldera3
Presión de salida (psi) Temperatura de salida (F) Presión Máxima de entrada (psi) Inversión
1100
900
1000
1100
1100
1000
1200
1000
1200
US$ 140,000
US$ 150,000
US$150,000
Los fabricantes de bombas han enviados sus respectivas cotizaciones las cuales se detallan a continuación Descripción
Bomba 1
Bomba 2
Bomba 3
Presión de salida Máxima (psi) Presión de entrada máxima (psi) Inversión
1000
1200
1100
20
20
20
US$ 20,000
US$ 20,100
US$20,000
En el último consejo de administración por decisión unánime han decidido enviarle un memorándum a Usted como Gerente de General el cual dice lo siguiente. Para: Gerente de General De: Consejo de Administración Asunto: Compra de equipo del Sistema termodinámico de la compañía.
La Compañía atraviesa momentos difíciles Los cuales han provocado problemas serios de flujo de dinero , esto debido a competencia extranje r a las cuales cuenta con capitales más fuertes y sanos. Para hacerle frente a esta competencia, los cuales amenazan con dejar sin trabajo a más de 100 jefes de familia. Se ha decidió dejar en sus manos la elección del equipo nuevo, con el fin de mejorar la eficiencia en la operación de la compañía. Aun y cuando no se cuenta con todo el recurso monetario, se solicitará el prestamos que se ha necesario para que usted decida. E L consejo de administración confía que su e l ección sea la mejor para beneficio de la compañía y de todos sus empleados, los cuales espe r an de usted su mejor decisión para seguir laborando en esta compañía. Atentamente Consejo de Administración Debido a que de usted depende que la compañía siga operando y que muchas familias sigan proveyendo alimentos a sus seres queridos, se le pide tomar la mejor decisión para volver la compañía más eficiente y que pueda competir en el mercado nacional.
CASO DE ESTUDIO 6
En la actualidad la compañía la cual Usted asesora se está operando con un ciclo de potencia adiabático reversible cuya eficiencia es del 20%, pero con algunas modificaciones que se han realizado al sistema de tubería, se ha logrado una eficiencia adicional del 2% En la actualidad el ciclo de potencia presenta una pérdida de temperatura en la tubería entre la caldera y la turbina de 83.29 grados Fahrenheit. El flujo másico del ciclo de potencia es de 10,000 libra más por hora que opera el ciclo Le piden a Usted que les ayude a calcular 1. 2. 3. 4.
Transferencia de calor en el condensador Potencia de la bomba (hp) Transferencia de calor en la Caldera Temperatura de entrada en la Turbina
Elemento de Maquina Caldera
Presión de Salida (psi) 250
Presión de Entrada (psi) 250
Turbina Condensador Bomba
15 250
20 15
Condición de salida Vapor Sobrecalentado
Condición de Entrada Liquido Saturado
Liquido Saturado 100% Liquido Saturado Liquido Saturado
