PROBLEMA 1 (3 PTOS)
Se expande vapor de agua de una manera estacionaria en una turbina a razón de 40000 kg/h, entrando a 8 MPa y 500°C y saliendo como vapor saturado a 40 kPa. Si la potencia generada por la turbina es de 8,2 MW, determine la tasa de generación de entropía para este proceso. Supongo que el ambiente está a 25°C.
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P1
= 180 180 [kPa]
∆T superheat
= 2.7 2.7
[C]
m = 0.06 [kg/s] P2
= 1200 1200 [kPa]
T 2 = 60 [C] ∆T subcool
= 6.3 6.3
[C]
TL =
21 + 273
· 1
[K]
TH =
37 + 273
· 1
[K]
T0 = TH PROPIEDADES
Fluid$ Fluid$ = 'R134a' 'R134a' T sat,1
= T Flui Fluid$ d$ , P =P 1 , x =1
T 1 = T sat,1 + ∆T superheat h1
= h Flui Fluid$ d$ , P =P 1 , T =T 1
s1
= s Flui Fluid$ d$ , P =P 1 , T =T 1
h2
= h Flui Fluid$ d$ , P =P 2 , T =T 2
s2
= s Flui Fluid$ d$ , P =P 2 , T =T 2
h 2s
= h Flui Fluid$ d$ , P =P 2 , s =s 1
ηC
=
T sat,3
h 2s – h 1 h 2 – h 1 = T Flui Fluid$ d$ , P =P 2 , x =0
T 3 = T sat,3 – ∆T subcool h3
= h Flui Fluid$ d$ , T =T 3 , x =0
SE APROXIMA EL ESTADO DE SUBENFRIADO AL DE SATURACIÓN A ESA TEMPERATURA
s3
= s Flui Fluid$ d$ , T =T 3 , x =0
h4 = h3 s4
= s Flui Fluid$ d$ , P =P 1 , h =h 4
QL = m ·
h 1 – h 4
QH
h 2 – h 3
= m ·
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= m ·
COP = S gen,12
S gen,23
W in
S gen,34
S gen,41
+
QH TH
s 4 – s 3
= T 0 · S gen,34 = m ·
Ex dest,41
s 3 – s 2
= T 0 · S gen,23 = m ·
Ex dest,34
s 2 – s 1
= T 0 · S gen,12 = m ·
Ex dest,23
Ex dest
QL
= m ·
Ex dest,12
Ex QL
h 2 – h 1
s 1 – s 4
–
QL TL
= T 0 · S gen,41
= – QL ·
1 –
T0 TL
= W in – Ex QL
SOLUTION Unit Settings: SI C kPa kJ mass deg COP = 3.076 ∆Tsuperheat = 2.7 [C] Exdest = 2.223 [kW] Exdest,23 = 0.3452 [kW] Exdest,41 = 1.115 [kW] Fluid$ Fluid$ = 'R134a 'R134a'' h2 = 289.66 [kJ/kg] h3 = 108.27 [kJ/kg] m = 0.06 [kg/s] P2 = 1200 [kPa] QL = 8.213 [kW] s2 = 0.9615 [kJ/kg-K] s4 = 0.4229 [kJ/kg-K] Sgen,23 = 0.001114 [kW/K] Sgen,41 = 0.003597 [kW/K] T1 = -10.03 [C] T3 = 39.99 [C] TL = 294 [K] Tsat,3 = 46.29 [C] No unit problems were detected.
∆Tsubcool = 6.3 [C] ηC = 0.9029
Exdest,12 = 0.2426 [kW] Exdest,34 = 0.5202 [kW] ExQL = 0.447 [kW] h1 = 245.15 [kJ/kg] h2s = 285.34 [kJ/kg] h4 = 108.27 [kJ/kg] P1 = 180 [kPa] QH = 10.88 [kW] s1 = 0.9484 [kJ/kg-K] s3 = 0.3949 [kJ/kg-K] Sgen,12 = 0.0007827 [kW/K] Sgen,34 = 0.001678 [kW/K] T0 = 310 [K] T2 = 60 [C] TH = 310 [K] Tsat,1 = -12.73 [C] W in = 2.67 [kW]
ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR – ÁREA DE MÁQUINAS Y MOTORES TÉRMICOS
INGENIERÍA TÉRMICA I (Grado electricidad): EXAMEN TEORÍA (Las cuestiones mal respondidas descontarán 0,25 ptos. Cada respuesta bien contestada vale 1 pto) 1. Dada una transformación politrópica donde v2/v1= 5 y P1=18 bar y P2=4 bar. El coeficiente politrópico, n valdrá: a. n=1,11
b. n=0,93
c. n=1,08 d. n=1,23 2. Cuál es la exergía del flujo de calor Q cuando la temperatura del foco de calor (Tr) es 1000 K y la temperatura ambiente (T0) 300 K? a. E(Q)=0,3 Q b. E(Q)=Q/1000
c. E(Q)= 0,7 Q
d. Ninguna de las anteriores 3. En un sistema adiabático el paso de 1 a 3 es posible con: a. Un flujo de calor b. Un flujo de calor o un trabajo de rozamiento
c. No es posible
d. Solo con trabajo de rozamiento
4. La variación de entropía de un sistema mide: a. La transferencia de calor que el sistema realiza b. Las irreversibilidades que tienen lugar dentro del sistema c. La exergía destruida por el sistema d. Las respuestas a y b son correctas
e. Las respuestas b y c son correctas
5. Para que una transformación transformación isentrópica tenga lugar de forma reversible hace falta: a. Una fuente de calor a temperatura constante b. Una fuente de calor, no importa a que temperatura
c. No es necesaria ninguna fuente de calor d. Haría falta infinitas fuentes de calor e. Ninguna de las respuestas es correcta
ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR – ÁREA DE MÁQUINAS Y MOTORES TÉRMICOS
6. (6-171)Un refrigerador quita calor de un medio frio a 3°C a razón de 7200 kJ/h, y rechaza calor a un medio a 30°C. Si el COP del refrigerador es 2, la potencia que consume el refrigerador será: a. 0,19 kW
b. 1,0 kW
c. 2,0 kW d. 4,0 kW e. 18 kW 7. (8-148)Una máquina térmica recibe calor de una fuente a 1500K a razón de 600 kJ/s y rechaza calor a un sumidero a 300K. Si la producción de potencia de la máquina es de 400 kW, la eficiencia según la segunda ley de esta máquina térmica es: a. 42% b. 53%
c. 83%
d. 67% e. 80% 8. (7_241) Una manzana manzana con una masa de 0,12 0,12 kg y calor específico específico de 3,65 kJ/kg se se enfría de 25°C a 5°C. El cambio de entropía de la manzana es: a. -0,705 kJ b. 0,254 kJ/K
c. -0,0304 kJ/K
d. -0,254 kJ/K e. 0.0304 kJ/K 9. (7-248) Se comprime desde condiciones ambiente a una presión especificada de manera reversible por dos compresores: uno isotérmico y otro adiabático. Si ΔSisot significa el cambio de entropía del aire durante la compresión reversible isotérmica, y ΔSadia, durante la compresión reversible adiabática, la expresión correcta respecto al cambio de entropía del aire por unidad de masa es:
a. ΔSisot = ΔSadia = 0 b. c. d. e.
ΔSisot = ΔSadia >
0
ΔSadia >
0 ΔSisot < 0 ΔSisot = 0
10. (8-153)Un horno puede suministrar calor, de una manera estacionaria, a 1300 K a razón de 500kJ/s. La máxima cantidad de potencia que se puede producir usando el calor suministrado por este horno en un entorno a 300K es: a. 115 kW b. 192 kW
c. 385 kW
d. 500 kW e. 650 kW
