Termodinámica I - Guía de Problemas Propuestos Ing. Wilfredo Vega Alfaro Aux. Aldo Ulloa Claure, Univ. Departamento de Química Facultad de Ciencias y Tecnología Universidad Mayor de San Simón
I. Estimación de Propiedades de Sistemas Monocomponentes: 1. Estime para el ácido etanoico: , , . a) , , , , . b) , , ∆°° , ∆° ∆° a 25°C. c) ∆° ,∆
Calcule el porcentaje de error con los valores tabulados en tablas del texto “The Properties of gases and liquids” .
2. Calcular la presión de vapor del 2 – butanol a 320 K. 3. Estimar las constantes A, B, C, D del del:
4. Cuál será la temperatura de ebullición ebullición de la piridina en los siguientes siguientes lugares: a) Cochabamba, presión barométrica 751,4 HPa. b) La paz, presión barométrica 630,2 HPa. c) Tarija, presión barométrica 815 HPa. 5. Completar la tabla para capacidades caloríficas molares medias del oxígeno entre 25°C y t. t (°C) ̅ (cal/∙) 35 50 95 6. Estimar el calor especifico a 1 atm y 20°C de: a) Acetona. 1
b) c) d) e) f) g)
Sulfato de calcio dihidratado. Propadieno. Carbonato de calcio. Sulfato de magnesio heptahidratado. Etanol. Amoniaco.
7. Realice un gráfico de la P vp Vs T para un rango de temperaturas de 300 a 500 K para el isobutanol. 8. Completar la tabla para capacidades caloríficas molares medias del agua entre 25°C y t, a presión nula. t (°C) ̅ (cal/∙) 25 50 100 200 450 600 9. Dado el siguiente compuesto:
Estimar las siguientes propiedades: a) ∆° a 135°C. b) ∆° a 135°C. c) ∆° a 135°C. 10. Estimar , , , , , del fenol a 100 bares y 1000°C. 11. Estimar para el 2 – propanol a 200 bar y 615 K: a) El factor acéntrico según ec. 2-3.1 b) El segundo coeficiente virial según ec. 3-5.4 a 3-5.7 c) El factor de compresibilidad según ec. 3-3.1 12. Estimar el volumen molar en el punto de ebullición normal de: a) Butanol. b) Ácido clorhídrico. c) Freón – 12. d) Refrigerante 134 – a. e) dimetil amina. 2
13. Cuál será la presión barométrica en un lugar donde se realizó pruebas y se obtuvo que la temperatura de ebullición del ácido clorhídrico fue de 250 K. 14. Calcular el factor acéntrico para el ácido isobutirico, según la ecuación: a) Ec. 2-3.1 b) Ec. 2-3.3 c) Ec. 2-3.4 d) Ec. 2-3.5 Calcule en cada inciso el porcentaje de error usando el factor acéntrico proporcionado en las tablas del texto “The Properties of gases and liquids”.
15. Calcule la capacidad calorífica a presión constante para:
a) Temperatura 200 K y presión 1 atm. b) Temperatura 27°C y presión 2 bar. c) Temperatura 392°F y presión de 12 bar. 16. Dado el siguiente compuesto:
Determine a 150 bar y 950 K: a) El factor acéntrico según ec. 2-3.3 b) El segundo coeficiente virial según ec. 3-5.4 a 3-5.7 c) El factor de compresibilidad según ec. 3-3.1 17. Calcule las propiedades críticas ( , , ) para el refrigerante 134a. 18. Dada la siguiente reacción en fase gaseosa:
Estime: 3
a) ∆° , para cada compuesto de la reacción a 25°C. b) Las constantes A, B, C, D del , para cada compuesto de la reacción. c) El ∆ a 500 K, la reacción es en fase gaseosa. 19. Determine las densidades críticas de los siguientes compuestos: a)
b)
c)
20. Obtener las constantes de la ecuación de Antoine del: a) R – 134a. b) R – 22. c) R – C 318. d) R – 500. 21. Utilice la ecuación de Clausius – Clapeyron para obtener el punto de ebullición del ciclopenteno a 0,78 bar. Sugerencia: Estime el calor normal de vaporización del ciclopenteno en J/mol mediante la ecuación de Riedel:
−1,013) ∆ =1,093∙∙ ∙ (ln 0,930−
II.
Primera y Segunda Ley de la Termodinámica:
22. encontrar las propiedades faltantes: a) b)
c)
d)
−134
=250° , =0,02 ⁄ = 120 , = 0,8 =−2° , = 0100 4
=? =? =? ℎ =? =? =?
= 200 =0,12 ⁄ ,
=? =?
23. Un recipiente rígido de 0.5 m 3 contiene agua a 2 MPa y 700 K. Como resultado de la transmisión de calor al ambiente, la presión baja hasta 0.7 MPa. Calcule el calor disipado en KJ. 24. Determinar la energía interna del R – 23 a 1 MPa si su volumen especifico es 0,01 m 3 /Kg. 25. El radiador de un sistema de calentamiento tiene un volumen de 20 litros. Cuando se llena con vapor saturado de 20 Psia, se le cierran todas las válvulas. ¿Cuánto calor habrá sido transmitido al cuarto cuando la presión del vapor sea de 10 Psia? 26. El vapor entra con velocidad baja a la tobera de una turbina, y a presión de 400 Psia, 316°C. Sale de la tobera a 260 Psia con una velocidad de 470 m/s. El flujo de vapor es de 1,360 Kg/h. Calcular: a) La calidad a la salida. b) La temperatura del vapor que sale de la tobera. c) El área de salida de dicha tobera. 27. Una caldera tiene un volumen total de 2,27 m 3. Inicialmente contiene 1,51 m 3 de agua en fase liquida y 0,76 m 3 en fase de vapor, en equilibrio a 1 atm, se expande la caldera y se transmite calor al agua y al vapor. Mientras tanto las válvulas de entrada y salida de la caldera permanecen cerradas. La válvula de seguridad abre cuando la presión llega a 800 Psia. ¿Cuánto calor se transmite al agua y al vapor antes que abra la válvula de seguridad? 28. Por una tobera circulan 450 Kg de agua por minuto a 150 Psia y 650 K, con velocidad de 80 m/s. A la salida, la presión es 40 Psia. Si el diámetro de salida es ¾ del de entrada y consideramos proceso adiabático, Determine: a) El área de entrada de la tobera. b) La velocidad de salida. c) La temperatura a la salida. 29. Por una tubería fluye amoniaco a una presión de 100 Psia a temperatura de 26,7°C. Un recipiente evacuado previamente, que tiene un volumen de 28,3 litros se conecta a la línea. Se abre la válvula que los conecta y la presión en el recipiente llega a los 100 Psia, entonces se cierra la válvula, si el proceso es adiabático ¿Qué cantidad de amoniaco fluye dentro del recipiente? 30. Por un difusor circulan 40 litros por minuto de CCl 2F2 a 120°C y 0.4 MPa, con velocidad de 500 m/s. A la salida, la presión es de 1 MPa. Si el diámetro de salida es el doble que el de entrada y consideramos proceso adiabático, Determine: a) El diámetro a la entrada del difusor. b) El cambio de energía cinética en KW. 5
c) La entalpia a la salida. 31. Una turbina adiabática que funciona con 10 Kg de oxígeno por segundo, tiene una eficiencia del 54.5 %. A la entrada, la presión es 9.5 MPa. A la salida, la presión es 0.7 MPa y la calidad 0.9. Determínese: a) La potencia reversible de la turbina en KW. b) La potencia real de la turbina en KW. c) El incremento de entropía en KW/K. 32. Un tanque con un volumen de 5,66 m 3 contiene vapor saturado a una presión de 20 Psia. El tanque está conectado a una línea por la que fluye vapor a 100 Psia y 204°C, el vapor entra al tanque hasta que la presión es de 100 Psia. Si no hay transmisión de calor del tanque y la capacidad calorífica del mismo es despreciable, calcular la masa de vapor que entra al tanque. 33. Entra R-22 a un compresor que opera en estado estacionario como vapor saturado a -10°C y sale a 14 bares. La eficiencia del compresor es 85 %. Pueden despreciarse la transferencia de calor entre el compresor y los alrededores y los efectos de energía cinética y potencial. Determine: a) La temperatura a la salida en °C. b) El trabajo real del compresor en KJ/Kg. c) El trabajo reversible del compresor en KJ/Kg. d) La generación de Entropía. 34. Un tanque de 28,3 litros contiene Freón – 12 a 26,7°C y 15 Psia. Se desea llenar el tanque con líquido al 80 % en volumen, a esa temperatura. El tanque está conectado a la línea por donde fluye el Freón – 12 a 100 Psia y 37,8°C. La válvula está abierta brevemente. a) Calcular la masa en el tanque a 26,7°C. b) Determinar la transmisión de calor durante el proceso de llenado si la temperatura se conserva a 26,7°C. 35. 1.5 Kmol de R-134a a 20°C se encuentra en un recipiente rígido. Determinar la fracción volumétrica de líquido necesaria para hacer que el refrigerante pase por el punto crítico cuando se lo calienta. 36. 5 Kg de R – 500 están contenidos en un recipiente rígido y cerrado de 150 litros a 1.2 Mpa. Debido a la transmisión de calor, su presión baja hasta 0.4 Mpa. a) Calcule la masa de R – 500 condensada en Kg. b) Calcule el volumen ocupado por el vapor en el estado final en litros. c) Determínese el calor transmitido al recipiente rígido. d) Determine el cambio de entalpia de este proceso en KJ.
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37. Por una tubería fluye vapor a 100 Psia y 500°F. De la línea, el vapor pasa a una turbina y el vapor agotado entra a una cámara de 28,3 m 3. Inicialmente la cámara había sido evacuada y la turbina puede operar hasta que la presión en la cámara es de 100 Psia. En este punto la temperatura del vapor es 293°C. suponga el proceso completo como adiabático. Determinar el trabajo efectuado por la turbina durante el proceso. 38. El refrigerante 134a se comprime en estado estacionario desde 2,4 bar y 0 ° C hasta 12 bar y 50 ° C. El refrigerante ingresa al compresor con un caudal volumétrico de 0.38 m 3 / min, y la entrada de potencia para el compresor es 2.6 kW. Agua de refrigeración que circula a través de una camisa de agua que encierra las experiencias del compresor un aumento de la temperatura de 4°C desde la entrada hasta la salida con un despreciable cambio en la presión Transferencia de calor desde el exterior del agua chaqueta y todos los efectos de energía cinética y potencial pueden ser descuidados. Determine la tasa de flujo másico del agua de enfriamiento, en kg / s. 39. Entra anhídrido carbónico a una turbina isentropica a 380 K y 14 MPa, y sale a 260 K. a) Calcular la energía interna a la entrada. b) Calcular la calidad a la salida. c) Calcular el cambio de entalpia. d) Calcular el trabajo producido en KJ/Kg. e) Representar el proceso en un diagrama de Mollier ( h – s ). 40. El refrigerante 134a fluye en estado estable a través de una larga tuberia horizontal con un diámetro interior de 4 cm, que ingresa como vapor saturado a - 8 ° C con un caudal másico de 17 kg / min. El vapor de refrigerante sale a una presión de 2 bar. Si la transferencia de calor al refrigerante es 3.41 kW, determine la temperatura de salida, en ° C, y las velocidades en la entrada y salida, cada una en m/s. 41. Un recipiente rígido y cerrado de 500 litros contiene R-12 a 450 K. por efecto de la transmisión de calor, su temperatura aumenta reversiblemente hasta 600 K mientras su entropía también aumenta. Los datos van en la siguiente tabla: T (K) 450 460 500 S ( KJ/Kg-K) 1.0239 1.04 1.1 a) Calcular el calor entregado en KJ.
520 1.13
540 1.15
560 1.18
580 1.21
600 1.22
42. Por una tubería circula R – 134a a 10 bar y 100°C. A dicha línea está conectado un tanque de 0.5 m3 que contiene vapor a 1 bar y 50°C. Se abre la válvula permitiendo que entre vapor al tanque hasta que la presión final en este es de 10 bar. Durante este proceso se transmite calor desde el tanque, con tal intensidad que su contenido permanece constante a 50°C. El medio ambiente se encuentra a una temperatura constante de 25°C. Hallar: a) La masa de vapor que entra en el tanque. 7
b) El calor transmitido durante el proceso. c) La generación de entropía. 43. A una tobera entran 120 litros de R – 22 por segundo a 1MPa y 400 K, con una velocidad de 15 m/s. A la salida, la presión es de 0.2 MPa y 350 K. considere proceso adiabático. a) Calcule el flujo másico a la entrada. b) Calcule el diámetro de salida de la tobera en cm. c) Calcule la eficiencia de la tobera si la velocidad a la salida fuera de 250 m/s. 44. Nitrógeno a la relación de 28.3 m 3 /min se comprime adiabáticamente en un compresor de flujo axial (flujo estable), de 14 Psia a 50 Psia, la temperatura de entrada al compresor es de 70°F y la de salida es de 171°C, la velocidad del nitrógeno a la entrada del compresor es de 152 m/s y a la salida es de 6,10 m/s. calcule la potencia del compresor. 45. Fluye triclorofluorometano en estado estacionario a través de una tubería horizontal que tiene un diámetro de salida de 7 cm. El triclorofluorometano entra como vapor saturado a 10°C con un flujo másico de 30 Kg/min. A la salida, la temperatura es 67°C y la presión es 2 bar. Determinar: a) El cambio de energía cinética entre la entrada y salida, en KJ/Kg. b) El calor transferido en KW entre el vapor y los alrededores. 46. Entra un kilogramo por segundo de R - 502 a una tobera a velocidad despreciable, a 2 bar y 60°C. A la salida, la presión es 0,6 bar, la temperatura es 50°C y el diámetro es 10 cm. Calcule la transmisión de calor de la tobera en KJ/Kg. 47. Fluye propanol a través de un difusor aislado que opera en estado estacionario. A la salida, la presión es 4 MPa y la temperatura es 620 K y la velocidad es 20 m/s. A la entrada, la presión es 0.2 MPa y la temperatura es 480 K y el área es 10 cm 2. Despreciando los efectos de energía potencial. Determine: a) El flujo másico de propanol. b) La velocidad del gas a la entrada del difusor. c) El área a la salida del difusor. 48. Utilice las tablas del aire y el método de Simpson 1/3 para determinar el trabajo producido por el aire cuando se descomprime 50 kilogramos de aire desde 5 MPa hasta 0,050 MPa a la temperatura constante de 500 K. 49. Por una tubería circula agua a 0,15 MPa y 560 K. Un recipiente vacío está conectado a la tubería. comienza a entrar entonces el agua al recipiente mediante un proceso reversible. Asumiendo que el proceso es además adiabático y que son despreciables los efectos de energías cinética y potencial, determine la presión final en el recipiente. 8
50. Entra R-134a a un compresor de aire acondicionado a 3.2 bar, 10°C y es comprimido en estado estacionario hasta 10 bar, 70°C. El flujo volumétrico del refrigerante a la entrada es 30 m 3 /min. La potencia entregada al compresor es de 55.2 KJ/Kg de refrigerante. a) Determine el flujo másico a la entrada. b) Determine la transmisión de calor en KW. c) Represente el proceso en un diagrama de Mollier (h – s). 51. Vapor a 100 Psia y 260°C fluye en una tubería. Conectado a la tubería, hay un tanque de 1,415 m 3 que contiene vapor a 14 Psia y 177°C, se abre la válvula para permitir al vapor entrar al tanque hasta que la presión en el tanque es de 100 Psia. Durante este proceso el calor se transmite del tanque a tal relación que la temperatura del contenido del tanque permanece constante a 177°C, el medio está a una temperatura constante de 26,7°C. a) Encuentre la masa del vapor que entra al tanque, y el calor transmitido durante el proceso. b) Encuentre el cambio de entropía del tanque durante el proceso. 52. Una turbina recibe 12 Kg de agua por segundo, a 720 K y 5 MPa. La descarga se realiza a 0.05 MPa como vapor saturado. Calcular: a) La potencia reversible de la turbina. b) La potencia real de la turbina. c) La eficiencia de la turbina. d) La generación de entropía. 53. En una planta de refrigeración el amoniaco líquido entra a la válvula de expansión a 200 Psia y a 26,7°C, la presión a la salida de la válvula de expansión es de 40 Psia y los cambios en la energía cinética son despreciables. ¿cuál es la generación de entropía por Kg?, muestre este proceso en un diagrama temperatura Vs entropía. 54. Fluye vapor de agua en estado estacionario a través de una válvula aislada. A la entrada la presión es de 3 MPa, la temperatura es de 700 K y la velocidad es de 300 m/min. La presión del vapor a la salida es de 0.5 MPa. Los diámetros de entrada y salida son iguales y los efectos de energía potencial son despreciables. Determine: a) La temperatura a la salida. b) La variación de entalpia en KJ/Kg. c) El cambio de energía cinética entre la entrada y salida en KJ/Kg. 55. Amoniaco a 40 Psia y – 6,67°C se comprime en un cilindro mediante un embolo hasta que la presión es de 240 Psia en un proceso reversible y adiabático. Determine el trabajo de compresión por Kg de amoniaco.
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56. Un condensador se utiliza para tratar 250 gr de amoniaco por segundo, empleando refrigerante R - 22. El amoniaco entra al condensador a 0.8 MPa, calidad del 85 % y sale como liquido saturado a 0.8 MPa. Determínese: a) El flujo másico de refrigerante a utilizarse si inicialmente esta - 5°C y se calienta hasta 10°C b) La variación de energía interna del amoniaco. 57. Entra R – 12 a una turbina donde produce 450 KW de potencia y luego el vapor agotado se condensa disipando 120 KJ/Kg. Las condiciones a la entrada de la turbina son P = 0.5 MPa y T = 400 K. A la salida del condensador, T = 210 K y el caudal volumétrico es 2 Litros por segundo. a) Determinar el calor disipado en la turbina en KW. 58. Un cilindro con su embolo contiene 1 Kg de Freón – 12 a 15 Psia y 93°C. El embolo se mueve lentamente y el calor transmitido toma lugar, de tal manera que el Freón – 12, se comprime bajo un proceso isotérmico reversible, hasta que el Freón – 12 existe como vapor saturado. a) Dibuje el proceso en un diagrama temperatura Vs entropía, aproximadamente a escala. b) Calcule la presión final, y el volumen específico del Freón – 12. c) Determine el trabajo y el calor transmitido en este proceso. 59. Un recipiente de 20 m 3 contiene R - 134a a 10 bar. Como resultado de una expansión adiabática reversible, su presión disminuye hasta 0.8 bar. En ese momento su entalpia es 100 KJ/Kg. Determine: a) La masa de refrigerante R – 134a. b) La calidad del refrigerante al inicio y al final en el recipiente. c) El trabajo realizado por el refrigerante en KJ. 60. En un ciclo de refrigeración que usa R – 503, el refrigerante entra al compresor como vapor saturado a 0.1 MPa y sale a 2 MPa. Si la eficiencia isentrópica del compresor es 0.85, determinar la temperatura de salida. 61. Se propone el proyecto de una turbina de vapor que involucra el estado estacionario, isotérmico y reversible del vapor a través de la turbina. Vapor saturado a 100 Psia entra a la turbina y sale a 20 Psia. Determine el trabajo por Kg de vapor que fluye a través de la turbina. 62. A una tobera entra n – Butano a razón de 700 Kg/min, mediante una tubería de 320 mm de diámetro, a 6 m/s. la presión a la entrada es 1.5 MPa. A la salida, la presión es 0.18 MPa y la temperatura es 400 K. Despreciando las pérdidas de calor. Determinar: a) La temperatura del n – Butano a la entrada de la tobera. b) El diámetro de salida de la tobera en cm. c) La variación de entalpia del n – Butano en KW. d) La eficiencia de la tobera si la velocidad a la salida fuera de 400 m/s. 10
63. Una turbina de vapor recibe 18 Lbm de vapor por hora a 400 Psia y 315°C, y sale a 2 Psia. El rendimiento de la turbina es de 78 %. Determine la potencia de salida de la turbina y el incremento de entropía por Kg de vapor que fluye a través de la turbina (proceso adiabático y reversible). 64. Una maquina térmica recibe calor Q C desde una fuente a 800 K y disipa calor Q F hacia una fuente fría a 200 K. para cada uno de los casos, determine si la maquina es reversible, irreversible o imposible: a) Q C = 3000 KJ, Q F = 2400 KJ b) Q F = 1000 KJ, W = 1200 KJ c) Q C = 2000 KJ, W = 2800 KJ d) Q C = 6000 KJ, η =0.36 e) Q F = 500 KJ, W = 2000 KJ 65. Una maquina térmica opera entre una fuente a temperatura T C y un sumidero a temperatura de 20°C. En estado estacionario, el ciclo desarrolla 54 KW de potencia mientras disipa 700 KJ/min hacia el sumidero. Determinar: a) La eficiencia de la maquina térmica. b) La temperatura ( TC ). c) El calor ( Q C ). 66. Una congeladora debe mantenerse a – 30°C. por lo cual es necesario retirar energía mediante transmisión de calor a razón de 2.12 KW, se le entregan 0.8 KW de potencia. Sabiendo que los alrededores de la congeladora están a 25°C. Determinar: a) El COP máximo. b) La potencia mínima requerida en KW. c) El calor ( Q C ). d) El COP de la congeladora. 67. Un ciclo de refrigeración movido por un motor de 1.5 hp remueve 300 BTU/min de calor desde un espacio que se mantiene a - 12 °C y descarga calor al ambiente a 27°C en estado estacionario. Determine: a) El coeficiente de performance del refrigerador. b) La transmisión de calor a los alrededores. c) El máximo coeficiente de performance. d) La potencia mínima que necesitaría el motor. 68. Una maquina térmica recibe 45 hp desde una fuente que se encuentra a 500 K y disipa 30 hp hacia los alrededores que están a 22°C. Determínese: a) La eficiencia de la maquina térmica. 11
b) El trabajo neto. c) La eficiencia máxima de la maquina térmica. d) El máximo trabajo neto que puede producir esta máquina. 69. Un agricultor maneja una bomba de calor con un motor de 2 kW. Debe mantener un criadero de pollos a 30 ° C, que pierde energía a una velocidad de 0.5 kW por diferencia de grados con respecto al ambiente más frío. La bomba de calor tiene un coeficiente de rendimiento que es el 50% de una bomba de calor de Carnot. ¿Cuál es la temperatura ambiente mínima para la cual la bomba de calor es suficiente? 70. Una maquina térmica recibe 20 MJ/min desde una fuente térmica que se encuentra a 300°C y disipa 11 MJ/h como calor hacia un sumidero térmico que está a 28°C. Determínese la eficiencia del ciclo si este opera de manera: a) Reversible. b) Irreversible. 71. Un ciclo de refrigeración que opera entre dos depósitos recibe energía Q F desde una fuente a T F = 250 K y elimina energía Q C hacia la fuente a T C = 300 K. Para cada uno de los siguientes casos determine si el ciclo opera reversiblemente, irreversiblemente o es imposible: a) Q F = 1000 KJ, W = 1400 KJ. b) Q F = 2000 KJ, Q C = 3200 KJ. c) Q C = 3000 KJ, W = 800 KJ. d) W = 4000 KJ, COP = 6. e) Q F = 2500 KJ, Q C = 3000 KJ. 72. Una bomba de calor opera entre una fuente a 500 K y una reserva a 290 K. En estado estacionario, el ciclo trabaja con 40 KW de potencia mientras disipa 9000 KJ/min hacia el espacio a calentar. Determine: a) EL COP de la bomba de calor. b) El COP reversible. 73. Un ciclo de refrigeración que opera entre una temperatura T F = - 10°C y una temperatura del ambiente que está a T C = 30°C. En cada uno de los siguientes casos determine si el refrigerador es irreversible, reversible o imposible: a) COP = 5.1 b) COP = 12 c) COP = 6.575 d) COP = 1
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74. Determine la potencia teórica mínima, en W, requerida en estado estable por un sistema de refrigeración para mantener una muestra criogénica a -126 ° C en un laboratorio a 21 ° C, si la energía de fugas por transferencia de calor a la muestra de su entorno a una tasa de 900 W. 75. En estado estable, un ciclo de refrigeración elimina 18,000 kJ / h de energía por transferencia de calor desde un espacio mantenido a - 40 ° C y descarga energía por transferencia de calor a los alrededores a 20 ° C. Si el coeficiente de rendimiento del ciclo es del 25 por ciento de la de un ciclo de refrigeración reversible que funciona entre térmica reservorios a estas dos temperaturas, determinar la potencia entrada al ciclo, en kW.
III. Ciclos Termodinámicos: 76. Considere un ciclo de refrigeración ideal que tenga una temperatura del condensador de 45 ° C y una temperatura del evaporador de -15 ° C. Determine el coeficiente de performance de este refrigerador para los fluidos de trabajo R-12 y R-22. 77. Un ciclo de refrigeración de compresión de vapor ideal funciona a estado estable con refrigerante 134a como fluido de trabajo. Saturado el vapor entra al compresor a 10 C y el líquido saturado deja el condensador a 28 C. El flujo másico de el refrigerante es de 5 kg / min. Determinar: a) la potencia del compresor, en kW. b) la capacidad de refrigeración, en toneladas (1 tonelada = 211 KJ/min). c) el coeficiente de rendimiento. 78. Un sistema de refrigeración por compresión de vapor circula refrigerante 134a a una velocidad de 6 kg / min. El refrigerante entra al compresor a 10 °C, 1.4 bar, y sale a 7 bar. La eficiencia isoentrópica del compresor es del 67%. No hay disminución apreciable de la presión a medida que el refrigerante fluye a través del condensador y evaporador. El refrigerante sale del condensador a 7 bar, 24 °C. Ignorando la transferencia de calor entre el compresor y su entorno, determinar a) el coeficiente de rendimiento. b) la capacidad de refrigeración, en toneladas (1 tonelada = 211 KJ/min). 79. Un ciclo de Rankine usa amoníaco como sustancia de trabajo y funciona con energía solar. Calienta el amoníaco a 140 ° C a 5000 kPa en la caldera / sobrecalentador. El condensador se enfría con agua y la salida se mantiene a 25 ° C. Encuentre (T, P y x si corresponde) para los cuatro estados en el ciclo. 80. Se debe utilizar un suministro de agua caliente geotérmica como fuente de energía en un ciclo de Rankine ideal, con R-134a como fluido de trabajo del ciclo. El vapor saturado R-134a sale de la caldera a una temperatura de 85 ° C y la temperatura del condensador es de 40 ° C. Calcule la eficiencia de este ciclo. 13
81. Una planta de energía de vapor que trabaja como un ciclo de Rankine tiene una salida de generador de vapor a 4 MPa, 500 ° C y una temperatura de salida del condensador de 45 ° C. Asuma que todos los componentes son ideales, encuentre en los componentes del ciclo: a) la eficiencia del ciclo. b) el trabajo específico. c) la transferencia de calor. 82. Considere un ciclo de Rankine ideal usando agua con un lado de alta presión del ciclo a una presión supercrítica. Tal ciclo tiene una ventaja potencial de minimizar las diferencias de temperatura locales entre los fluidos en el generador de vapor, tal como el caso en el que la fuente de energía de alta temperatura es el gas de escape caliente de un motor de turbina de gas. Calcule la eficiencia térmica del ciclo si el estado que entra en la turbina es de 30 MPa, 550 ° C, y la presión del condensador es de 5 kPa. ¿Cuál es la calidad del vapor en la salida de la turbina? 83. En un ciclo de Rankine que funciona con agua la presión de la caldera es 10 MPa y la del condensador 0,05 MPa. La temperatura de entrada a la turina es 800 K. Si la eficiencia de la turbina es 88 %. Determine: a) La calidad a la salida de la turbina. b) El rabajo necesario para mover la bomba, en KJ/Kg. c) La generación de entropía, en KJ/Kg K. d) El calor disipado en KJ/Kg. e) La eficiencia del ciclo. 84. Steam deja un generador de vapor de la planta de energía a 3.5 MPa, 400 ° C, y entra a la turbina a 3.4 MPa, 375 ° C. La eficiencia de la turbina isoentrópica es del 88% y la presión de escape de la turbina es de 10 kPa. El condensado sale del condensador y entra a la bomba a 35 ° C, 10 kPa. La eficiencia de la bomba isentrópica es del 80% y la presión de descarga es de 3.7 MPa. El agua de alimentación ingresa al generador de vapor a 3.6 MPa, 30 ° C. Calcule la eficiencia térmica del ciclo y la generación de entropía para el proceso en la línea entre la salida del generador de vapor y la entrada de la turbina, suponiendo una temperatura ambiente de 25 ° C, ciclo de Rankine. 85. La presión de entrada a la turbina de un ciclo de Rankine que funciona con agua es 2 MPa y la presión de salida es 0,01 MPa. Si la calidad a la salida de la turbina es 0,98, represente en un diagrama la eficiencia de la turbina en función de la temperatura de entrada en el rango de 500 K a 950 K. 86. En un ciclo de recalentamiento ideal que funciona con agua, la presión de la caldera es 20 MPa, la presión del condensador es 0.007 MPa y la presión del recalentamiento, 0.5 MPa. La temperatura de salida de la caldera es 800 K. Para un flujo asico de 2 Kg/s, determine: a) La potencia neta en KW. b) El calor disipado en KW. c) La eficiencia del ciclo. 14
87. Un ciclo de recalentamiento se alimenta con 2 Kg de agua por segundo. A la entrada de la turbina de alta presión, la temperatura es 740 K. La presión de la caldera es 20 MPa, la presión del condensador es 0.02 MPa y la presión de recalentamiento es 2 MPa. Si la eficiencia de la turbina de alta presión es 0.9, la eficiencia de la turbina de baja presión es 0.95 y la eficiencia de la bomba es 0.8, represente el ciclo en un diagrama de Mollier. 88. Una planta de energía más pequeña produce vapor a 3 MPa, a 600 ° C en la caldera. Mantiene el condensador a 45 ° C mediante la transferencia de 10 MW como transferencia de calor. La primera sección de la turbina se expande a 500 kPa y luego se recalienta el flujo seguido de la expansión en la turbina de baja presión. Encuentre la temperatura de recalentamiento para que la salida de la turbina sea vapor saturado. Para este recalentamiento, encuentre la potencia de salida total de la turbina y la transferencia de calor de la caldera. 89. Considere un ciclo ideal de recalentamiento de vapor donde el vapor ingresa a la turbina de alta presión a 3.0 MPa, 400 ° C, y luego se expande a 0.8 MPa. Luego se vuelve a calentar a 400 ° C y se expande a 10 kPa en la turbina de baja presión. Calcule la eficiencia térmica del ciclo y el contenido de humedad del vapor que sale de la turbina de baja presión. 90. En una planta de energía de ciclo de recalentamiento en particular, el vapor ingresa a la turbina de alta presión a 5 MPa, 450 ° C y se expande a 0.5 MPa, luego de lo cual es recalentado a 450 ° C. El vapor luego se expande a través de la turbina de baja presión a 7.5 kPa. El agua líquida sale del condensador a 30 ° C, se bombea a 5 MPa y luego se devuelve al generador de vapor. Cada turbina es adiabática con una eficiencia isoentrópica del 87% y la eficiencia de la bomba es del 82%. Si la potencia de salida total de las turbinas es de 10 MW, determine la tasa de flujo másico de vapor, la entrada de potencia de la bomba y la eficiencia térmica de la planta de energía.
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