TERMODINÁMICA: ILQ – 109 SSJ Informe Certamen N° 2

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A aquellos estudiantes que estén interesados; la entrega de la resolución correcta del Certamen 2 (enunciado disponible adjunto en este documento) les significará adicionar un máximo de 5 ó 10 puntos a la nota publicada. El documento debe ser redactado sin la ayuda de PC (incluyendo gráficos/diagramas, si fuese necesario). Última fecha de entrega para el Informe, Viernes 11 de Diciembre, 10.00 am, en la Secretaria del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental (NO SE RECIBIRÁN TRABAJOS POSTERIORES A ESTA HORA).

Problema 2.1 (60 Puntos)

Conteste las siguientes preguntas, sólo utilice el espacio disponible.

2.1.1 Un mol de gas ideal ( )GIP 29.1C J7 mol K=% se expande reversiblemente en una turbina adiabática desde 4 bar

y 500 K (corriente 1) hasta 1 bar (corriente 2). Determine: (i) Trabajo de eje (kJ) obtenido en la turbina; (ii) Cambio de entropía (kJ/K) al circular a través de la turbina. (20 puntos)

2.1.2 Dos corrientes (1: 10 °C, 2 bar, 10 m/s) y (2: 40 °C, 2 bar, 10 m/s) de gas ideal GIPC R 5.457=% , se mezclan

adiabáticamente para dar origen a una tercera corriente (3: 2 bar, 10 m/s). Estime el valor de la temperatura de la corriente de salida, T3 (°C), considerando que la relación de caudal entre la corriente 1 y 2 es 1:1. (20 puntos)

2.1.3 Estime el cambio de entropía (kJ/mol∙K) de un gas ideal ( )GI 1.37γ = que experimenta un proceso adiabático y

reversible, que origina un cambio en sus propiedades volumétricas desde ( )1

C, 20 1 bar° hasta ( )2

C, 153 4 bar°

.(20 puntos)

Problema 2.2 (40 Puntos)

Con referencia a la Figura 2.2.1, un caudal de 1000 kg/h de vapor de agua (H2O, MW2 = 18.0 Da, GI

P,2 1.C k9 J kg K= , L

P,2 4.C k0 J kg K= ), saturado (1) a 10 bar de presión se comprime hasta 60 bar en un

compresor que opera con una eficiencia isoentrópica del 80 %. A continuación el vapor se enfría a través de

un intercambiador de calor. La corriente de salida del intercambiador (3) con una calidad de vapor del 20 %

kg/kg se expande en una válvula aislada hasta 40 bar (4), e ingresa a un separador flash, que separa las

corrientes por la parte superior vapor saturado (6) y el fondo líquido saturado (5), todo a la misma presión de

entrada. El vapor de la corriente (6) ingresa a una turbina con una eficiencia isoentrópica de 75% de donde

sale a una presión de 2 bar (7).

Utilizando las tablas de vapor para H2O o Diagrama S v/s T (Figura 2.2.1), establezca las hipótesis y/o

simplificaciones que considere pertinentes, enúncielas claramente. Determine/estime:

2.1. Potencia (kW) consumida por el compresor, Ws,c (+).

2.2. Energía (kW) retirada del vapor en el intercambiador de calor, Q (-)

2.3. Flujo (kg/s) de vapor que circula por la corriente de salida superior del separador flash, q6.

2.4. Potencia (kW) de la turbina, Ws,t (-)

2.5. Calcular la calidad de la mezcla final (7).

2.6. Realizar esquema del proceso en diagrama S v/s T (Figura 2.2.1 adjunta).

Corr P T Cond w H Hls Hvp S Sls Svs q

1

2

2*

3

4

5

6

7*

7

Compresor, ηC = 80 %

( )S,CW +&

2

3 6

5

1

4

Intercambiador

Separador

Flash wV,1 = 100 % kg/kg

10 bar

1000 kg/h H2O

60 bar

wV,3 = 20 % kg/kg

40 bar

Turbina, ηt = 75 %

P = 2 bar 7

Liq. Saturado, 40 bar

Vap. Saturado, 40 bar

Figura 2.2.1