Tarea Termodinámica
Enviado por rggsgdsgeggege • 19 de Febrero de 2022 • Tareas • 1.842 Palabras (8 Páginas) • 45 Visitas
- Se tiene un flujo de vapor sobrecalentado a 700 𝑘𝑃𝑎 y 280 ℃ que fluye con una rapidez de 50 𝑘𝑔. El
𝑠
vapor se mezcla con agua líquida a 40 ℃ para producir vapor a 700 𝑘𝑃𝑎 y 200 ℃. Si se supone que la operación es adiabática, ¿con qué rapidez debe alimentarse el agua al mezclador? ¿Cuál es la 𝑆𝐺̇ ,𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 del proceso? ¿Cuál es la característica irreversible del proceso?
Realizar un balance de energía para este proceso
𝑑(𝑚𝑈)𝑉𝐶 1 2[pic 1]
+ ∆ [(𝐻 + 𝑣
𝑑𝑡 2
+ 𝑔𝑧) 𝑚̇ ]
𝑐𝑓
= 𝑄 + 𝑊𝑠
Despreciando los términos de energía cinética y potencial debido a que no nos indican nada acerca de estas cantidades. Despreciar el termino de acumulación debido a que estamos en estado estacionario. Al ser un proceso adiabático no hay un intercambio de calor con las fronteras y además no hay un trabajo de eje. Por lo tanto, el balance de energía resulta
∆(𝐻𝑚̇ )𝑐𝑓 = 0
Desarrollando el cambio de la salidas y entradas de entropía obtenemos
𝐻3𝑚̇ 3 − 𝐻2𝑚̇ 2 − 𝐻1𝑚̇ 1 = 0
Un balance de masa para este proceso resulta
𝑚̇ 1 + 𝑚̇ 2 = 𝑚̇ 3
Por lo tanto, el balance de energía se puede expresar de la siguiente manera
𝐻3(𝑚̇ 1 + 𝑚̇ 2) − 𝐻2𝑚̇ 2 − 𝐻1𝑚̇ 1 = 0
Obtenemos los valores de entalpía que pueden estimarse
[pic 2]
Sustituyendo los valores
𝑘𝐽
𝑘𝑔
𝑘𝐽
𝑘𝐽
𝑘𝑔
2845.3 (50[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]
𝑘𝑔
𝑠 + 𝑚̇ 2) − 167.53 𝑘𝑔 𝑚̇ 2 − 3017.5 𝑘𝑔 ∙ 50 𝑠 = 0
𝑚̇ 2 = 3.21
𝑘𝑔
[pic 8]
𝑠
El balance de entropía resulta
𝑑(𝑚𝑆)𝑉𝐶 𝑄̇𝑗
= ∑ − Δ(𝑚̇ 𝑆)
+ 𝑆̇
𝑑𝑡
𝑇𝜎,𝑗
𝑗
𝑐𝑓
𝐺,𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Aplicando las mismas consideraciones antes planteadas
Δ(𝑚̇ 𝑆)𝑐𝑓 = 𝑆𝐺̇ ,𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Sustituyendo valores
𝑘𝐽
𝑆 = 6.88[pic 9]
𝑘𝑔 𝑘𝐽
- 53.21 − 0.57[pic 10]
[pic 11]
𝑘𝑔 𝑘𝐽
- 3.21 − 7.22[pic 12]
[pic 13]
𝑘𝑔 𝑘𝐽
- 50 = 3.25
[pic 14] [pic 15]
𝐺,𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑘𝑔 𝐾
𝑠 𝑘𝑔 𝐾 𝑠
𝑘𝑔 𝐾 𝑠
𝑠 𝐾
Las irreversibilidades de este proceso son debidas a el hecho de mezclar vapor y agua.
- Una corriente de aire a 12 𝑏𝑎𝑟 y 900 𝐾 se mezcla con otra corriente de aire a 2 𝑏𝑎𝑟 y 400 𝐾 que tiene una rapidez de flujo 2.5 veces mayor. Si este proceso se llevara a cabo de manera reversible y adiabática, ¿cuál sería la temperatura y presión de la corriente de aire resultante?
El balance de entropía resulta
𝑑(𝑚𝑆)𝑉𝐶 𝑄̇𝑗
= ∑ − Δ(𝑚̇ 𝑆)
+ 𝑆̇
𝑑𝑡
𝑇𝜎,𝑗
𝑗
𝑐𝑓
𝐺,𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Aplicando las consideraciones de que el proceso se lleva a cabo reversible y adiabática. Se lleva a cabo en estado estacionario.
El balance se simplifica
Δ(𝑚̇ 𝑆)𝑐𝑓 = 0
Desarrollando las diferencias en las entradas y en las salidas obtenemos
𝑆3𝑚̇ 3 − 𝑆2𝑚̇ 2 − 𝑆1𝑚̇ 1 = 0
Aplicando la consideración que 𝑚̇ 2 = 2.5 𝑚̇ 1 y el balance de masa 𝑚̇ 1 + 𝑚̇ 2 = 𝑚̇ 3
Obtenemos los valores de entropía que pueden estimarse
[pic 16]
Sustituyendo valores
𝑘𝐽 𝑘𝐽
𝑆3 3.5 𝑚̇ 1 − 3.98 𝑘𝑔 𝐾 ∙ 2.5 𝑚̇ 1 − 4.32 𝑘𝑔 𝐾 𝑚̇ 1 = 0[pic 17][pic 18]
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