PRUEBA TERMODINAMICA

PAUTA PEP 2 TERMODINAMICA 16/12/2013

Profesora: Rosa Santoro, Ayudante: Pablo Gertner

1. Un gas real a 270 °C y 25 atm de presión presenta un volumen molar de un 15% menor que el calculado por medio de la ecuación de loa gases ideales. Determinar:

1. El factor de compresibilidad a esta presión y temperatura
2. El volumen molar del gas ideal utilizando la ecuación de Van der Waals, considerando que la constante y que la constante .[pic 1][pic 2]
3. ¿Cuáles son las fuerzas predominantes para este gas, las de atracción o repulsión? Justifique su respuesta

Datos:        P :=  25 atm

        T := 543 K

Empleando la ecuación de gas real (nos dan en forma explícita el factor de compresibilidad z = 0,85) para así determinar el volumen de dicho gas. El volumen real es:

[pic 3]

[pic 4]

En contraste, el volumen para gas ideal es:

[pic 5]

[pic 6]

Empleando la ecuación Van der Waals, tenemos que:

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

Por lo tanto, al obtener un factor de compresibilidad Z < 1, las fuerzas predominantes son de atracción, ya que el volumen del gas real es inferior al volumen por gas ideal.

1. Un ciclo de potencia está formado por una caldera, turbina y condensador. A la caldera ingresa agua a una presión de 1 bar y 20 °C, abandonando esta como vapor saturado a 80 bar. Posteriormente, el vapor ingresa a una turbina, y sale de esta con un título de 0,5 y a una presión de 0,08 bar, para ingresar al condensador, saliendo de este como líquido saturado a la misma presión. A la salida del condensador hay una bomba para recircular el líquido. Considere el flujo del agua 1 m3/s. Determinar:

1. Potencia de la turbina
2. Flujo de agua de refrigeración que ingresa al condensador, si esta experimenta una variación de temperatura de 30 °C.

Datos: densidad del agua = 1000 Kg/m3;

capacidad calorífica del agua = 4,184 KJ/Kg∙°C

En primer lugar, se determinará el caudal másico de agua empleada en el ciclo, que se obtiene mediante:

[pic 10]

Luego, se realiza un balance de energía en la turbina, en donde:

[pic 11]

Para determinar la entalpía en el punto 2, se sabe que vapor saturado a 80 bar (8 MPa) ingresa a la turbina. Por ende, se acceden a las tablas de saturación del agua a 8 MPa en donde . Para la entalpía en el estado 3, correspondiente al flujo de salida de la turbina como líquido-vapor saturado con un título  de 0,5 a una presión de 0,08 bar (8 KPa) se deberá emplear la siguiente relación:  en donde, se leerá de tablas la entalpía del líquido saturado  y vapor saturado .[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

[pic 17]

Luego, volviendo al balance de energía a la turbina, se reemplazarán los valores obtenidos en ella. La ecuación queda:

[pic 18]

[pic 19]

Realizando un balance de energía al condensador, primero se determinará el calor que se debe extraer del vapor y una vez obtenido, ese mismo calor lo absorbe el agua de refrigeración. El calor extraído al vapor es:

[pic 20]

Para el punto 4, se sabe que sale del condensador líquido saturado, por ende su entalpía corresponderá a la del líquido saturado en el punto 3. Finalmente, la entalpía es . Despejando el calor que debe retirar el condensador al vapor queda:[pic 21]

[pic 22]

Ahora, el calor del condensador obtenido, alguien debe recibirlo. En este caso, es el líqudo refrigerante, que en este caso usa agua líquida que experimenta una variación de 30°C de temperatura. Realizando un balance de energía al calor que observe el agua de refrigeración, se tiene que:

[pic 23]

[pic 24]

[pic 25]

1. Un recipiente rígido y cerrado de 0,2 m3 contiene vapor de agua saturado a 110°C. Luego este vapor se enfría a volumen constante hasta 25°C. Determinar:

1. El volumen específico
2. La masa de agua líquida y presión en el estado final
3. Representar en un diagrama Presión vs Volumen específico la condición inicial y final.

Para el estado inicial, se tiene vapor de agua saturado (vapor saturado) a 110°C. Leyendo en las tablas de saturación del agua a esa temperatura se tiene que:

[pic 26]

Para el estado final, se sabe que se enfría hasta una temperatura de 25°C a volumen constante, y que cae dentro de la campana de saturación, vale decir, se tendrá una mezcla líquido vapor saturado con un título a calcular. Por lo tanto el volumen específico permanece constante en un proceso Isocórico, obteniendo para estado final a 25°C:

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