Anexo 1 preguntas de la Fase 3 Etapa 1: Conceptual y teórica (grupal) 1. Definir presión de vapor, vapor, calor calor especifico, especifico, calor latente, capacidad calorífica, entalpia, energía interna y calidad (en el contexto de tablas de vapor) 2. Qué dice la primera ley de la la termodinámica. termodinámica. Cómo es la la expresión de balance de energía para un sistema cerrado y abierto? 3. Qué es vapor saturado, saturado, liquido liquido saturado, saturado, líquido comprimido y sobrecalentado
vapor
4. ¿Qué dice la regla de fases de Gibbs? Dar 2 ejemplos 5. Qué es un proceso termodinámico adiabático, isocórico, isotérmico e isobárico? Etapa 2: Ejercicios prácticos (Individual-grupal) (Individual-grupal) 1. Un cilindro rígido contiene 2 lbm de líquido y 3 lbm de vapor de agua. Determine a. La calidad del sistema b. La presión a la cual coexiste el equilibrio c. Volumen especifico, especifico, energía interna y entalpía promedio d. Volumen de líquido, volumen de vapor y volumen total del recipiente Teniendo en cuenta que la temperatura está a (el estudiante elegirá una temperatura de trabajo y lo indicará en el foro): Estudiante 1
530 °F
Estudiante 2
540 °F
Estudiante 3
550 °F
Estudiante 4
560 °F
Estudiante 5
570 °F
Emplear tablas de vapor para encontrar las propiedades indicadas. Ingresar a https://es.scribd.com/doc/236084188/Tablas-Termodinamicas-Cengel-pdf (apéndice 2) 2. Cada estudiante debe seleccionar una condición para el H 2O. Llenar los espacios argumentando su elección y mostrando los cálculos. Emplear las tablas termodinámicas https://es.scribd.com/doc/236084188/Tablas-Termodinamicas-Cengel-pdf T °C
Estudiante nombre)
1(indicar
el
P, Kpa
h, X kJ/kg (calid (entalp ad) ia)
100
Estudiante nombre)
2
(indicar
el 140
Estudiante nombre)
3
(indicar
el
340
Estudiante nombre)
4
(indicar
el 400
1200
Estudiante nombre)
5
(indicar
el 160
5000
Descripción de la fase
0.3 1925 0
3. Cada estudiante seleccionará un ejercicio y lo desarrollará correspondiente a la temática de primera ley aplicado a sistemas cerrados. Deberá informar en el foro el ejercicio seleccionado. Al final revisará y entenderá cómo solucionar todos los ejercicios a. Se calientan 2kg de oxígeno, de 30 a 320 °C en un recipiente. Determine la transferencia de calor que se requiere cuando eso se hace en un proceso a) a volumen constante, b) isobárico. b. Un dispositivo cilindro-émbolo está inicialmente a 500 kPa y 27 °C y tiene integrado un sistema de agitación que le transfiere 20kJ/kg de energía en forma de trabajo. Durante este proceso se transfiere calor para mantener constante la temperatura del aire, y al mismo tiempo se triplica el volumen del gas. Calcule la cantidad requerida de transferencia de calor, en kJ/kg.
c. Gas ideal en un dispositivo cilindro-émbolo sufre un proceso de compresión isotérmica que comienza con una presión inicial y un volumen inicial de 200 kPa y 0.8 m3, respectivamente. Durante el proceso, hay una transferencia de calor de 120 kJ del gas ideal al entorno. Determine el volumen y la presión al final del proceso. d. Un sistema cerrado se pone en contacto con una superficie que le transfiere 45 kJ de calor. Adicionalmente el sistema cuenta con un agitador que le agrega 78 kJ de energía y sufre una expansión a presión constante a 100 Kpa cambiando su volumen 2 m 3. Determine el cambio de energía interna del sistema. e. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene en un principio 2.5 kg de gas de nitrógeno a 300 kPa y 180 °C. Ahora se expande isotérmicamente el nitrógeno, hasta una presión de 120 kPa. Determine el trabajo de la frontera, efectuado durante este proceso. El grupo desarrollará los ejercicios 4 y 5 correspondiente a la temática de primera ley aplicada a sistemas abiertos 4. En un compresor se comprime vapor de agua a 1.2 MPa y 300 °C a 5 MPa y 800 °C a razón de 2.5 kg/s. Si se pierde calor de la turbina a razón de 25 kJ/s y hay un aumento de velocidad de 40 m/s entre entrada y salida durante el proceso de compresión, determine la potencia requerida para el compresor. 5. Entre las dos turbinas, que utilizan vapor de agua con un flujo de 7 kg/s, se coloca un intercambiador de calor, que precalienta la alimentación de la turbina B gracias a la adición de 800 kW de calor. Si la calidad a las salidas de las turbinas es del 90%, halle la temperatura del estado 3 y la potencia de la turbina B
Figura 1. Esquema del problema 4
Etapa 3: Computacional (individual) Cada estudiante seleccionará un numeral y deberá dar solución al mismo. Su escogencia debe ser informada en el foro
La ecuación de Van der Walls es un modelo comúnmente usado para correlacionar el comportamiento p-v-T de los gases. Esta ecuación contiene 2 constantes empíricas.
Fuente: De Lucas, Antonio et al. (2004)Termotecnia básica para ingenieros químicos: bases de termodinámica aplicada. Ed. Universidad de Castilla. Empleando la información de la tabla, elabore en Excel un programa que permita determinar la presión del Etileno y Nitrógeno cuando se especifica un volumen molar y un rango de temperatura especifico. Obtener una gráfica T vs P y comparar los resultados cuando se tiene un modelo de gases ideales. (Observe que la constante de gases ideales debe tener unidades de litros, atmosferas, kelvin y moles) 3A Volumen molar de 5 litros/mol y evaluar T entre 270 y 350 K 3B Volumen molar de 10 litros/mol y evaluar T entre 360 y 420 K 3C Volumen molar de 15 litros/mol y evaluar T entre 430 y 300 K 3D Volumen molar de 20 litros/mol y evaluar T entre 360 y 430 K 4D Volumen molar de 25 litros/mol y evaluar T entre 270 y 300 K El programa en Excel deberá reportar una tabla con datos de Presión y Temperatura para ambos modelos, junto con el perfil como se muestra en el ejemplo que trabaja con el metano. Se observa que el modelo de gases ideales presenta desfases frente al modelo de Van der Waals. Observe además que al modelo de gases ideales NO tiene en cuenta qué tipo de sustancia es, mientras que el modelo trabajado sí.
Figura A. Ejemplo del programa en Excel a desarrollar empleando el modelo de Benedict-Webb-Rubin Elaboración y envío del documento final grupal Una vez realizada las diferentes fases de la actividad, el grupo creará un documento en Ms. Word, que llevará el nombre del grupo, sería Fase 3_GrupoXX.docx, el cual deberá estar organizado de acuerdo a la siguiente estructura:
Se requiere que realicen la actividad y envíen el documento al entorno de evaluación y seguimiento Unidad 2: Fase 3: Aplicar la primera ley de la termodinámica a sistemas cerrados y abiertos - Entrega de la actividad, con tiempo suficiente, de acuerdo al cronograma de la actividad, no dejen para última hora. No se recibe documentos enviados por otro sitio (correos del tutor u otros). EL programa en Excel individual deberá estar adjunto junto con el documento consolidado en formato Winzip (solo una carpeta comprimida)
Por ejemplo si hubo participación de 4 estudiantes, al final deben entregar una carpeta comprimida que contiene UN solo documento Word dando
respuesta a las preguntas y 4 documentos Excel con sus respectivos programas individuales Condiciones generales de la actividad.
Se recomienda que el grupo y el tutor establezcan un cronograma para la entrega de las etapas, además de que se establezca una fecha de entrega de un borrador de trabajo final para la revisión por parte del tutor e integrantes de grupos. En caso que exista plagio la nota será de cero (0). Deben tener en cuenta las normas de derechos de autor. El documento solicitado debe tener los requerimientos de forma, contenido y normas APA. La participación de todos los estudiantes del grupo colaborativo es Imprescindible. En caso que un estudiante del grupo colaborativo NO participe, no obtendrá puntaje en la actividad. No se reciben trabajos individuales, a no ser que usted sea el único integrante del grupo colaborativo que participó. No serán evaluados trabajos que sean enviados por otro sitio diferente al foro correspondiente. (No se reciben trabajos a través de mensajería interna o correo externo del tutor). Cualquier inquietud por favor utilizar el foro correspondiente para consultar con el tutor. Recuerde que la actividad se califica de acuerdo a la guía de actividades y rúbrica de evaluación, por ende se recomienda leerlas juiciosamente. Se recomienda iniciar el proceso inmediatamente se abra la actividad En caso que solo un estudiante participe en la actividad, deberá realizar todas las actividades establecidas en la guía de actividades.
