Ejercicio de termodinamica

Ejercicio

Se usa como fluido de trabajo Refrigerante 134a en un ciclo Rankine ideal simple que opera a 2000 kPa y el condensador a 24 °C. la mezcla a la salida de la turbina tiene una calidad de 93 %. determine

1. la temperatura de entrada a la turbina
2.  la eficiencia térmica del ciclo. 

[pic 1]

Desarrollo del ejercicio

Aquí está el diagrama completo y sus 4 etapas  

[pic 2]

[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]

[pic 16][pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25][pic 26][pic 27][pic 28][pic 29][pic 30][pic 31][pic 32][pic 33][pic 34][pic 35][pic 36][pic 37][pic 38][pic 39]

Tener en cuenta

• Para calcular la eficiencia térmica se va utilizar la siguiente formula:

[pic 40]

• El trabajo neto va a consistir en:

[pic 41]

[pic 42]

          También se puede plantear de la siguiente forma:

[pic 43]

• Para obtener la transferencia de calor por unidad de masa de Entrada, se obtiene de un balance de energía en la Caldera, como no se realiza trabajo, la formula quedaría así:

[pic 44][pic 45][pic 46]

[pic 47]

[pic 48]

[pic 49]

• Para calcular el trabajo que realiza la bomba, como es un Ciclo Rankine ideal, tanto la bomba como la turbina operan de manera isentrópica, es decir la entropía del fluido o gas permanece constante, por lo tanto, la formula quedaría así:
• [pic 50]

[pic 51]

     También se puede plantear de esta forma:[pic 52]

[pic 53]

  Para calcular el trabajo realizado por la turbina es:

[pic 54]

Para que quede un poco más claro cómo funciona el sistema, se procede hacer un diagrama de Temperatura vs Entropía Especifica.

[pic 55][pic 56][pic 57]

[pic 58][pic 59][pic 60][pic 61]

[pic 62][pic 63][pic 64]

[pic 65][pic 66][pic 67][pic 68][pic 69][pic 70][pic 71][pic 72][pic 73]

[pic 74]

[pic 75][pic 76][pic 77][pic 78][pic 79][pic 80]

[pic 81]

[pic 82]

El ciclo de Rankine opera entre dos límites de presión, la presión máxima y la presión mínima, la presión máxima se da en la Caldera, por lo tanto, el enunciado nos dice que es de 2000 kPa, la presión mínima se da en el condensador, tanto en la caldera como el condensador ocurre un proceso isobárico. La temperatura del condensador nos lo da el enunciado que corresponde a 24℃.

se tiene entonces los siguientes datos:[pic 83]

[pic 84]

 El proceso del condensador no es solo isobárico sino también isotérmico, entonces la Temperatura 1 va hacer igual a la Temperatura 4.

[pic 85]

    Se puede deducir también la gráfica la fase del estado 1, que es el punto rojo, corresponde a liquido saturado, también la del estado 2, que corresponde a liquido comprimido.

A continuación, se establecen los estados:

P = presión

T = temperatura

h = entalpia

u = energía interna

s = entropía

x = calidad[pic 86]

 = Volumen especifico[pic 87]

El enunciado nos habla del fluido con el cual se va a trabajar que es refrigerante 134a por el cual se procederá a completar los datos que faltan con ayuda de las tablas de termodinámica.

• Estado 1

Se encuentra en la tabla A-11 del libro de termodinámica de Cengel séptima edición, como esta en la zona de líquido saturado, la calidad vale 0, por lo cual todas sus propiedades se aproximan a  hf, sf , vf   y la presión va hacer igual a PSat.

...