7/21/2019 Serie de Exergia

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TAREA TERMODINMICA APLICADA

1. Vapor de Agua

Calcule la exerga especfica de un flujo de agua saturada que se

encuentra a una presin de 1.5 MPa. Calcule la exerga especfica de un flujo de vapor saturado que seencuentra a una presin de 1500 kPa . Evale la variacin de entalpa yexerga para el vapor saturado en un rango de presiones de 800 a 6000kPa

Evale la exerga especfica de un flujo de vapor sobrecalentado que se

encuentra en las condiciones P=1500 kPa y T=380 C. Haga un anlisisde cmo vara la exerga tanto con la presin (a T=cte) como con latemperatura (a P=cte).

2.

Expansin Isotrmica

Determine la prdida de exerga producida en la expansin isotrmica denitrgeno desde P= 600 kPa a una presin P= 100 kPa. Considere que elnitrgeno se comporta como un gas ideal.

3. Enfriamiento a presin constante

Determine la variacin de exerga especfica de un flujo de agua caliente quese enfra desde T = 90 C hasta T = 45 C a presin atmosfrica.

4.

En una turbina adiabtica de dos etapas entra vapor a 9 MPa y 500 C a una tasa

de 15 kg/s. Diez por ciento del vapor se extrae al final de la primera etapa a unapresin de 1MPa para otro uso. El resto del vapor se expande an ms en lasegunda etapa y sale de la turbina a 50 kPa. Si la turbina tiene una eficienciaisentrpica de 88%, determine la exerga destruida durante este proceso comoconsecuencia de las irreversibilidades. Suponga que las condiciones del AERson de T=25 C y P=101 kPa.

5. Si 10000 kg/h de gases de combustin circulan por una turbina adiabtica, cuyapotencia en el eje es de 1100 Hp, p1= 400 kPa; t1= 850C; p2= 110 kPa; t2=527C, se pide calcular la efectividad trmica de la instalacin, siendo t 0= 25C,Cpgases= 1,0048 kJ/kg K; k = 1,4 despreciando Ep y Ec y suponiendo que

los gases se comportan como gases ideales.

6. Dos bloques de hierro (cp=500 J/kgK) yacen en tierra. El bloque A (200 kg)est a 400K, el bloque B (100 kg) est a 500K. El piso y los alrededores estn a300 K. Cul bloque tiene mayor exerga?

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7. Una planta qumica grande descarga 3.6 ton/hr de vapor limpio de baja presin(200 C y 101 kPa) a los alrededores (25 C, 101 kPa). Qu desperdicio! Cules la mxima potencia recuperable de esta corriente?

8. Se puede extraer de la tierra vapor geotrmico a 500 kPA y 250 C en lascataratas Klamath, OR, a 1000 kg/min. Con los alrededores a 25 C, cunta

potencia puede generarse de esta fuente?9. Una planta de hielo producir 100 toneladas mtricas de hielo por hora en un

proceso continuo. Cuntas mquinas Dodge de seis en lnea de 225 hp cada unase necesitan para realizar el trabajo si el agua se toma a 20 C, se enfra a 0C ydespus se congela?

Datos El calor se elimina a 20 C.La eficiencia total de la planta es 20%

10.Cul es la cantidad terica mnima de trabajo necesario para separar unacorriente de aire en dos corrientes, una de oxgeno puro (21%), la otra de

nitrgeno ms trazas de gases (79%), si todo esto ocurre a 300K y 101kPa?

11.Un gas ideal (cp=36 J/molK)a 500 K y 101 kPa se comprime a 1 MPa yentonces despus de un intercambio apropiado de calor se conduce por tubera aun proceso. Toda esta operacin tiene lugar en un medio a 300 K. El trabajo debombeo real necesario para esta operacin es cerca de 20 KJ/mol de gas.Compare este valor con

a) El mnimo trabajo requerido para una compresin reversibleadiabtica del gas. Note que la temperatura final del gas sersuperior a 500 K.

b) El trabajo mnimo requerido para una compresin isotrmica. Aqula temperatura final ser 500 K.

c) El trabajo mnimo necesario para llevar el gas a 10 MPa y 500 K.d) Si el gas producido se entregar a 1 MPa y 300 K, cmo afecta

esto su respuesta a la parte (c)?12.El Chemical and Engineering Nes, 21 de abril de 1980, p. 34, habla de la

produccin de potencia a partir de salmuera geotrmica del campo geotrmicoMesa del este, en el Valle Imperial de California (Tprom= 27C). En la plantapiloto del Departamento de Energa de Estados Unidos 750 lit/min de salmueracaliente a 170C y bajo presin entra por la parte superior de una torre de 12 m

de altura y 1 m de dimetro, transfiere su calor al isobutano, el fluido de trabajo,y despus sale a 65C. Al mismo tiempo gotitas lquidas de isobutano entran a latorre, absorben calor, se vaporizan y salen de la torre para alimentar una turbinaque generar trabajo til, entonces son condensadas, comprimidas (energa

requerida insignificante ya que v0) y regresan a la torre. El Chemical andEngineering News reporta que la produccin de potencia de la planta piloto es

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500 kW. Cul es la eficiencia comparada con la eficiencia de Carnot? A faltade datos termodinmicos para la salmuera asgnele las propiedades del agua.

13.

El Corvallis Gazette Times del 27 de mayo de 1980 (p.8) reporta que pruebasrealizadas en pozos geotrmicos perforados cerca de los LaboratoriosCientficos de Los lamos en Nuevo Mxico muestran que la energaproveniente de rocas calientes en las profundidades de la Tierra podra serbastante econmica. Esto se hace como sigue.

Se perfora a 3000 m o ms, a travs de roca impermeable hacia una zona de rocacalientes fracturadas.

Se bombea agua a temperatura ambiente (25 C) a presin y se recupera comoagua caliente.

Se pasa el agua caliente por intercambiadores de calor o turbinas de potenciapara extraer trabajo til.

El agua utilizada va de regreso al subsuelo para completar el sistema decirculacin.

Si el agua para un pozo tpico se hace circular a 10 kg/s y sale de la tierra como lquido a

200 C, cul es la produccin mxima de potencia del pozo? Ignore la potencia necesariapara bombear el agua hacia arriba, hacia abajo y alrededor del ciclo.

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14.En el separador mostrado entra vapor a las condiciones mostradas y sale lquidoy vapor. Determine todos los flujos de masas, el cambio de energa y la exergadestruida.

15.Un recipiente trmicamente aislado contiene 5 kg de vapor de agua saturada a120C. Se transfiere una energa al vapor por medio de una resistencia elctrica,incrementando su presin hasta 4 bar. Determina

Vapor P=5MPa,T=400C, A=0.6m2u= 50m/s

Liq. P=350 kPa,flujo(m)=50kg/sA=0.018 m2

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El volumen especfico en el estado inicial y final, en m3/kg, y el volumen del recipiente enm3La energa inicial, en kJ, y la exerga inicial, en kJ.La energa y la exerga finales y el cambio que experimenta la energa y la exerga delvapor de agua, considerado como sistema, todas en kJ.

Los cambios en la energa y la exerga del sistema combinado, en kJ.El cambio en la energa y la exerga de la resistencia elctrica como sistema, en kJ.Comenta los resultados obtenidos.

16.En un intercambiador de flujos separados que funciona a contracorriente y queopera en estado estacionario y de forma prcticamente adiabtica, entra unacorriente de aire a 400 K y 12 bar y sale, debido a una ligera prdida de carga, a11.5 bar. Este flujo es calentado por la segunda corriente que consiste en gasesprocedentes de la combustin que entran a 820 K y 1.5 bar y salen a 560 K y1.05 bar. El flujo msico de ambas es 40 kg/s. Podemos considerar comoaproximacin vlida que ambas corrientes son aire con comportamiento de gasideal. Debes calcular

la temperatura de salida del aire precalentado, en K,el cambio neto de energa y de exerga entre entrada y salida para el intercambiador en suconjunto, en MWla entropa generada en el volumen de control, en kJ/K,la exerga destruida a partir del balance en 2 o utilizando la expresin en funcin de laentropa generada (expresin de Guy-Stodola)

17.Calcular el consumo energtico mnimo para llenar un depsito de airecomprimido de 8 m3 hasta 1 MPa