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Fase 3 - Desarrollar y presentar primera Fase situación problema

ACTIVIDAD INDIVIDUAL

Presentado por: Sindy Daniela Castillo Pinilla COD.: 1.007405.890 CEAD: Gacheta

Grupo: 201015_4 Presentado a: ANA ILVA CAPERA

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD TERMODINAMICA - (201015A_614) Octubre de 2019

Actividades individuales:

Cada estudiante deberá, de forma individual, presentar el desarrollo de los siguientes ejercicios.

1. Realice las siguientes conversiones de unidades: a. Convertir 7500BTU/lb a kJ/kg Usando conversiones: 1 BTU equivale a 1.0550 kJ 1 Kg equivale a 2.2046 lb

7500

𝐵𝑇𝑈 1.0550 𝑘𝐽 2.2046 𝑙𝑏 𝒌𝑱 ∗ ∗ = 𝟏𝟕𝟒𝟒𝟓 𝑙𝑏 1 𝐵𝑇𝑈 1 𝑘𝑔 𝒌𝒈

𝑘𝑗

Respuesta: 17445 𝑘𝑔 7500 BTU/lb equivalen a 17445 KJ/Kg b. Convertir una cantidad de calor igual a los primeros cuatro dígitos de su cédula de BTU/h a W. Datos: primeros cuatro dígitos de mí cedula: 1007 Usando las conversiones: 1 BTU equivale a 1055.06 J 1 h equivale a 3600 s

1007

𝐵𝑇𝑈 1055.06 𝐽 1ℎ 𝑱 ∗ ∗ = ℎ 1 𝐵𝑇𝑈 3600 𝑠 𝒔

Respuesta: w=295.12 j/s 1007 BTU/h equivale a W295.27 j/s

c. Convertir un flujo igual al número de su grupo colaborativo de galones/min a m3/h. Datos: número de grupo colaborativo: 4 Usando las respectivas conversiones: 1 galón equivale a 0.00378541 M3 metros cúbicos 1 hora equivale a 60 minutos

𝑚3 𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠 0.00378541 ℎ 1ℎ 𝒎𝟑 4 ∗ ∗ = 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟓𝟐𝟑 𝑚𝑖𝑛 1 𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛 60 𝑚𝑖𝑛 𝒉

Respuesta: 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟓𝟐𝟑

𝒎𝟑 𝒉

4 galones/ min equivalen a 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟓𝟐𝟑

𝒎𝟑 𝒉

d. Convertir un flujo de energía igual a su edad en kcal/min a J/s Edad: 20 años Usando las respectivas conversiones: 1 Kcal (kilocaloría) equivale a 4184 J 1 minuto equivale a 60 segundos 20

𝐾𝑐𝑎𝑙 4184 𝐽 60 𝑠 𝑱 ∗ ∗ = 𝟓𝟎𝟐𝟎 𝑚𝑖𝑛 1 𝐾𝑐𝑎𝑙 1 𝑚𝑖𝑛 𝒔

Respuesta: 5020 j/s, 20Kcal/min equivale a 5020 j/s

2. Una turbina de gas adiabática expande aire a 1 000 kPa y 500°C hasta 100 kPa y 150°C. A la turbina entra aire por una abertura de 0.2 m2, con una velocidad promedio de 40 m/s, y sale por una abertura de 1m2. Determine: Datos:  P1= 1000 KPA  T1= 500 °C  P2 = 100 KPA  T2= 150 °C  A1= 0.2 M2  V1=40 M/S  A2= 1M2 2.1. El flujo de masa de aire que atraviesa a turbina Se requiere el flujo másico que opera en la turbina, realizando un volumen de control y sabiendo que el teorema de conservación de masa establece que: M1=m2, entonces M1=M2= 𝝆𝑸 

La densidad ρ de aire la calculamos con la ecuacion de gases ideales 𝑃𝑉 = 𝑚𝑅𝑇 𝑃 = 𝜌𝑅𝑇 𝑃 𝜌= 𝑅𝑇 𝑅 = 0.082 𝑘𝑗/𝑘𝑔°𝐾 𝑇 = 273 + 500 = 773°𝐾 𝑃 = 1000𝑘𝑃𝑎 1000𝑘𝑃𝑎 ∗ 773°𝐾 𝑘𝑗 0.082 °𝐾 𝑘𝑔 𝜌 = 15.77𝑘𝑔/𝑚3 𝜌=



Calculamos el caudal: 𝑄 = 𝑉𝐴 𝑚 𝑄 = 40 ∗ 0.2 𝑚2 𝑆 𝑄 = 8 𝑚3 /𝑠 Por lo tanto:

15.77 𝑘𝑔 𝑚3 ∗ 8 𝑚3 𝑠 𝑘𝑔 𝑚 = 126.16 𝑠 Respuesta: El flujo másico que circula por la turbina es de m = 126.16 kg/s 𝑚=

2.2. La potencia que produce la turbina.  Para obtener la potencia debemos saber el trabajo: 𝑷 = 𝒎𝑾 = 𝒎(𝒉𝒆 − 𝒉𝒔) Requerimos las entalpias 

Entrada a la turbina: Con 773K Nos vamos a las tablas de aire gas ideal e interpolamos para obtener Pr = 41.92 kj kg p = 1000 kPa

he = 792.4



Salida de la turbina: (proceso isentropico)

   

𝑇 = 150 + 273 = 423𝐾 𝑃 = 100𝑘𝑃𝑎 ℎ𝑠 = 424.31 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑃𝑟 = 4.639

𝑃𝑜𝑡 = 126.16 𝑘𝑔/𝑠 (792.4 𝑘𝐽/𝑘𝑔 − 424.31 𝑘𝐽/𝑘𝑔) 𝑃𝑜𝑡 = 46438.23𝑘𝑊 Respuesta: la Potencia que produce la turbina genera es de Pot = 46438.23kW 3. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.25 kg de aire, en un principio a 1.5 MPa y 375°C. Primero se expande el aire isotérmicamente hasta un valor igual a los últimos tres dígitos de su cédula en kPa. Después, el mismo gas se comprime en un proceso politrópico con un exponente politrópico de 1.4, hasta la presión inicial; por último, se comprime a presión constante hasta llegar a la temperatura inicial. Con base en esta información realice los siguientes pasos:

3.1. Dibuje el recorrido del gas en cada uno de sus pasos en un diagrama Presión – Temperatura (PT). 3.2. Investigue la ecuación de trabajo que aplicaría en cada uno de los pasos, se recomienda revisar las páginas 166 a la 173 en el libro guía del curso Termodinámica de Yunus Cengel que se encuentra en el Entorno de Conocimiento. 3.3. Calcular el trabajo para cada uno de los procesos usando en cada caso la ecuación seleccionada. 3.4. Calcular el trabajo neto del ciclo que realiza el gas, para este paso solo se requiere sumar el trabajo calculado en cada uno d ellos procesos anteriores.

4. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.25 kg de aire, en un principio a 1.5 MPa y 375°C. Primero se expande el aire isotérmicamente hasta un valor igual a los últimos tres dígitos de su cédula en kPa. Después, el mismo gas se comprime en un proceso politrópico con un exponente politrópico de 1.4, hasta

la presión inicial; por último, se comprime a presión constante hasta llegar a la temperatura inicial. Con base en esta información realice los siguientes pasos: 4.1. Dibuje el recorrido del gas en cada uno de sus pasos en un diagrama Presión – Temperatura (PT). 4.2. Investigue la ecuación de trabajo que aplicaría en cada uno de los pasos, se recomienda revisar las páginas 166 a la 173 en el libro guía del curso Termodinámica de Yunus Cengel que se encuentra en el Entorno de Conocimiento. 4.3. Calcular el trabajo para cada uno de los procesos usando en cada caso la ecuación seleccionada. 4.4. Calcular el trabajo neto del ciclo que realiza el gas, para este paso solo se requiere sumar el trabajo calculado en cada uno d ellos procesos anteriores. 5. Este punto ha sido diseñado para que usted comprenda los diferentes estados de la materia mediante una actividad en línea que le permitirá explorar los cambios que sufre una sustancia en las propiedades de temperatura y presión cuando es sometida a diferentes alteraciones. Para ello, por favor ingrese al siguiente enlace: Estados de la materia Allí encontrará una herramienta como la que se presenta en la siguiente imagen:

Usando la herramienta, debe realizar los siguientes pasos: 5.1. Seleccione la sustancia que más le llame la atención en el tablero de la parte superior derecha. 5.2. Comprima el gas bajando la tapa del cilindro hasta que el gas ya no resista, registre la temperatura y presión a la cual pudo llegar. 5.3. Aumente el flujo de gas hasta lograr una cantidad considerable dentro del cilindro, disminuya la temperatura hasta que pueda ver las moléculas de gas organizadas en fase sólida, registre temperatura y presión en ese punto. 5.4. Manipule la tapa del cilindro y el calentador libremente y escriba un párrafo corto indicando lo que pudo observar sobre el comportamiento de las moléculas de gas. Recursos sugeridos: Para esta parte se recomienda la revisión de la literatura publicada en el Entorno de Conocimiento relacionada en el numeral 1.1 de la Unidad 1:

Cengel, Y. (2011). Termodinámica (pp. 166 – 173, 235 - 246). MacGraw Hill. España. Actividades colaborativas: Esta parte del trabajo colaborativo corresponde a la primera fase de la situación problema del curso, el proyecto está orientado a la construcción y cálculo de un ciclo termodinámico, para esta primera fase solo se desarrollará una exploración de los componentes de un ciclo y sus propiedades termodinámicas básicas. A continuación, se presenta la situación problema que se trabajará. Situación industrial: Una caldera produce vapor recalentado o de alta a un flujo de 20kg/s, este vapor se emplea para algunos procesos propios de la planta. La caldera es alimentada con agua que proviene de una cámara de mezclado. Parte del vapor de alta que sale de la caldera va a una turbina a 6.5MPa y 520°C, la otra parte, se dirige a una válvula de expansión donde se estrangula hasta 480kPa y luego se dirige a un calentador. En la turbina, el vapor disminuye su presión considerablemente, cuando llega a una presión de 480 kPa, una parte del vapor se retira y se conduce hacia el calentador. La turbina sigue funcionando con el resto del vapor, cuando se alcanza una presión de 5kPa, esta fracción de vapor se retira y se conduce hacia un condensador que opera a presión constante. En el condensador, el vapor pasa a fase líquida y luego ingresa a una bomba que se encarga de impulsarlo hasta la cámara de mezclado a una presión de 6.5 MPa. El calentador tiene una única salida de líquido saturado a 500kPa, al salir, el líquido es conducido a una segunda bomba que lo lleva hasta 6.5MPa y lo impulsa hacia la cámara de mezclado. 1. Cada grupo deberá elaborar de forma colaborativa un diagrama de bloques en Excel representando la totalidad de equipos involucrados en la situación industrial que se menciona más adelante, el diagrama debe incluir todas las corrientes de entrada y salida de cada equipo, de tal forma que todos los equipos se encuentren conectados por líneas de flujo. Cada equipo debe ser representado por un bloque rectangular, cada corriente se representa con una flecha delgada y numerada. (Ver Ejemplo Diagrama de bloques en Conferencia).

2. Cada grupo deberá calcular el trabajo en cada una de las bombas. 3. Cada grupo deberá leer en tablas o calcular los valores de entalpías para cada una de las corrientes. El grupo elaborará un consolidado con base en las propuestas individuales, debatiendo y seleccionando las mejores opciones para el diagrama de bloques y para el cálculo del trabajo en las bombas. Entornos para su desarrollo

Entorno de aprendizaje Colaborativo Individuales: Aportes individuales publicados en foro con el siguiente contenido: 1. Documento en Word individual con los cuatro ejercicios desarrollados. Colaborativos:

Productos a entregar por el estudiante

El grupo deberá entregar en el Entorno de Seguimiento y evaluación los siguientes productos en una carpeta comprimida: 1. Un archivo en Excel con el siguiente contenido:  

Hoja 1: Portada Hoja 2: Diagrama de bloques de la situación descrita.

2. Un documento en Word con el procedimiento de cálculo para el trabajo en cada una de las bombas.

Lineamientos generales del trabajo colaborativo para el desarrollo de la actividad Para desarrollar de manera adecuada la actividad se deben realizar las siguientes actividades según el momento: Planeación de actividades para el desarrollo del trabajo colaborativo

1. Ingresar al foro saludar y presentarse 2. Revisar detenidamente la guía de actividades e identificar los entregables solicitados 3. Revisar las lecturas recomendadas en el Entorno de Conocimiento 4. Elaboración y publicación en foro del aporte individual

Roles a desarrollar por el estudiante dentro del grupo colaborativo

Roles y responsabilida des para la producción de entregables por los estudiantes

En el curso de Termodinámica cada integrante del grupo colaborativo deberá asumir con responsabilidad el liderazgo de su propio proceso de aprendizaje. Dentro de la dinámica de grupo será evidente que algún estudiante tenga el rol nato para liderar el trabajo conjunto, sin embargo, esto no debe considerarse como un factor que promueva la pasividad del resto del grupo. Se evaluará la participación activa de todos los integrantes, no es suficiente con subir un aporte y luego desentenderse del tema, cada estudiante deberá estar pendiente de la consolidación del trabajo y de su entrega efectiva en el sitio correspondiente. Compilador: Consolidar el documento que se constituye como el producto final del debate, teniendo en cuenta que se hayan incluido los aportes de todos los participantes y que solo se incluya a los participantes que intervinieron en el proceso. Debe informar a la persona encargada de las alertas para que avise a quienes no hicieron sus participaciones, que no se les incluirá en el producto a entregar.

Uso de referencias

Políticas de plagio

Revisor: Asegurar que el escrito cumpla con las normas de presentación de trabajo exigidos por el docente. Evaluador: Asegurar que el documento contenga los criterios presentes en la rúbrica. Debe comunicar a la persona encargada de las alertas para que informe a los demás integrantes del equipo en caso que haya que realizar algún ajuste sobre el tema. Entregas: Alertar sobre los tiempos de entrega de los productos y enviar el documento en los tiempos estipulados, utilizando los recursos destinados para envío, e indicar a los demás compañeros que se ha realizado la entrega. Alertas: Asegurar que se avise a los integrantes del grupo de las novedades en el trabajo e informar al docente mediante el foro de trabajo y la mensajería del curso, que se ha realizado el envío del documento. Uso de la norma APA, versión 3 en español (Traducción de la versión 6 en inglés) Las Normas APA es el estilo de organización y presentación de información más usado en el área de las ciencias sociales. Estas se encuentran publicadas bajo un Manual que permite tener al alcance las formas en que se debe presentar un artículo científico. Aquí podrás encontrar los aspectos más relevantes de la sexta edición del Manual de las Normas APA, como referencias, citas, elaboración y presentación de tablas y figuras, encabezados y seriación, entre otros. Puede consultar como implementarlas ingresando a la página http://normasapa.com/ ¿Qué es el plagio para la UNAD? El plagio está definido por el diccionario de la Real Academia como la acción de "copiar en lo sustancial obras ajenas, dándolas como propias". Por tanto el plagio es una falta grave: es el equivalente en el ámbito académico, al robo. Un estudiante que plagia no se toma su educación en serio, y no respeta el trabajo intelectual ajeno.

No existe plagio pequeño. Si un estudiante hace uso de cualquier porción del trabajo de otra persona, y no documenta su fuente, está cometiendo un acto de plagio. Ahora, es evidente que todos contamos con las ideas de otros a la hora de presentar las nuestras, y que nuestro conocimiento se basa en el conocimiento de los demás. Pero cuando nos apoyamos en el trabajo de otros, la honestidad académica requiere que anunciemos explícitamente el hecho que estamos usando una fuente externa, ya sea por medio de una cita o por medio de un paráfrasis anotado (estos términos serán definidos más adelante). Cuando hacemos una cita o una paráfrasis, identificamos claramente nuestra fuente, no sólo para dar reconocimiento a su autor, sino para que el lector pueda referirse al original si así lo desea. Existen circunstancias académicas en las cuales, excepcionalmente, no es aceptable citar o parafrasear el trabajo de otros. Por ejemplo, si un docente asigna a sus estudiantes una tarea en la cual se pide claramente que los estudiantes respondan utilizando sus ideas y palabras exclusivamente, en ese caso el estudiante no deberá apelar a fuentes externas aún, si éstas estuvieran referenciadas adecuadamente.

4. Formato de Rubrica de evaluación

Tipo de actividad: Momento de la evaluación Aspectos evaluados Aplicación de factores de conversión

Formato rúbrica de evaluación Actividad Actividad ☐ ☒ individual colaborativa Intermedia, ☐ ☒ Final ☐ Inicial unidad Niveles de desempeño de la actividad individual Puntaje Valoración alta Valoración media Valoración baja El estudiante aplica El estudiante aplica El estudiante no correctamente incorrectamente aplica factores de factores de factores de 10 conversión conversión conversión (Hasta 10 puntos)

El estudiante aplica correctamente el Análisis de energía análisis de energía en dispositivo de en un dispositivo flujo estacionario de flujo estacionario (Hasta 10 puntos)

El estudiante calcula correctamente el trabajo en Cálculo de trabajo diferentes procesos en diferentes termodinámicos procesos mediante el uso de las ecuaciones adecuadas

Análisis de comportamiento de estados de la materia

(Hasta 7 puntos)

(Hasta 0 puntos)

El estudiante aplica incorrectamente el análisis de energía en un dispositivo de flujo estacionario

El estudiante no aplica el análisis de energía en un dispositivo de flujo estacionario

(Hasta 7 puntos)

(Hasta 0 puntos)

El estudiante no El estudiante calcula calcula incorrectamente el correctamente el trabajo en diferentes trabajo en procesos diferentes termodinámicos procesos termodinámicos

(Hasta 10 puntos)

(Hasta 7 puntos)

(Hasta 0 puntos)

El estudiante analiza con profundidad el comportamiento de una sustancia frente a diversas alteraciones

El estudiante analiza de forma superficial el comportamiento de una sustancia frente a diversas alteraciones

El estudiante no analiza el comportamiento de una sustancia frente a diversas alteraciones

10

10

20

Manejo dimensional

Compromiso con el trabajo grupal

Aspectos evaluados

Elaboración del Diagrama de bloques

mediante el uso de mediante el uso de un simulador un simulador

mediante el uso de un simulador

(Hasta 20 puntos)

(Hasta 10 puntos)

(Hasta 0 puntos)

El estudiante maneja correctamente todas las unidades de las magnitudes involucradas en los ejercicios

El estudiante comete entre uno y cuatro errores en las dimensiones de las magnitudes involucradas en los ejercicios

El estudiante comete más de 5 errores en las dimensiones de las magnitudes involucradas en los ejercicios

(Hasta 5 puntos)

(Hasta 3 puntos)

(Hasta 0 puntos)

El estudiante participa activamente en la elaboración del trabajo grupal.

El estudiante participa de forma pasiva en la elaboración del trabajo grupal

El estudiante no participa en la elaboración del trabajo grupal

(Hasta 5 puntos)

(Hasta 3 puntos)

(Hasta 0 puntos)

5

5

Niveles de desempeño de la actividad colaborativa Puntaje Valoración alta Valoración media Valoración baja El grupo entrega un El grupo no El grupo entrega diagrama de bloques entrega diagrama un diagrama de incompleto, de bloques o bloques completo y elaborado entrega un elaborado de forma incorrectamente o diagrama que no 40 correcta en el en un formato corresponde a lo formato solicitado. diferente al solicitado en la solicitado. guía integrada. (Hasta 40 puntos)

(Hasta 25 puntos)

(Hasta 0 puntos)

El grupo entrega un procedimiento con el cálculo del trabajo en las bombas de la situación industrial de forma incorrecta o completa

El grupo no entrega un procedimiento con el cálculo del trabajo en las bombas de la situación industrial

(Hasta 20 puntos)

(Hasta 12 puntos)

(Hasta 0 puntos)

El grupo identifica de forma correcta

El grupo identifica de El grupo no forma incorrecta o identifica los

El grupo entrega un procedimiento con el calculo del trabajo en las Cálculo del trabajo bombas de la en bombas situación industrial de forma correcta y completa

20

Identificación de valores de entalpías

Calificación final

y completa los valores de entalpía de todas las corrientes involucradas en el diagrama de bloques

incompleta los valores de entalpía de todas las corrientes involucradas en el diagrama de bloques

valores de entalpía de todas las corrientes involucradas en el diagrama de bloques

(Hasta 30 puntos)

(Hasta 18 puntos)

(Hasta 0 puntos)

30

150