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• Karen Navarro

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FASE 5: DESARROLLAR Y PRESENTAR SEGUNDA FASE SITUACIÓN PROBLEMA

TUTOR: ANA ILVA CAPERA

ANYI JAZBLEYDY UBAQUE GUZMÁN 1.007.601.904

TERMODINAMICA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE INGENIERÍA AMBIENTAL GRUPO: 201015_58 NOVIEMBRE – 2019

Actividades colaborativas:

Este trabajo colaborativo corresponde a la segunda fase de la situación problema del curso, para el desarrollo de esta fase cada grupo deberá desarrollar de forma colaborativa los siguientes cálculos en Word teniendo en cuenta el diagrama elaborado en el Trabajo Colaborativo 1 y los datos que su tutor asignará al inicio del foro.

El trabajo de las bombas se calcula: 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎1 = 𝑣8 (𝑃9 − 𝑃8 ) Presión 8: 𝑃8 = 5 𝐾𝑝𝑎 Buscamos el valor de volumen de líquido saturado: 𝑣8 = 0.001005 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎1 = 0.001005

𝑚3 𝑘𝑔

𝑚3 𝐾𝑗 ∗ (6500 − 5)𝐾𝑝𝑎 = 6.819 𝑘𝑔 𝑘𝑔

Bomba 2:

𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎2 = 𝑣7 (𝑃10 − 𝑃7 ) 𝑃7 = 500 𝐾𝑃𝑎 𝑣7 = 0.001093 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎2 = 0.001093

𝑚3 𝑘𝑔

𝑚3 𝐾𝐽 ∗ (6500 − 500)𝑘𝑝𝑎 = 6.558 𝑘𝑔 𝑘𝑔

1. Determinar el flujo de calor involucrado en el calentador si 20% de vapor proveniente de la caldera se dirige a la válvula de expansión y 80% del vapor de la turbina se extrae hacia el calentador. Suponga que no existe caída de presión ni fugas de calor en ningún equipo, también tenga en cuenta que en la turbina y las bombas no hay cambio de entropía. Calculamos por medio de las tablas las entalpias: ℎ1 = ℎ2 = ℎ3 = ℎ4 Buscamos los estados: 𝑃1 = 6.5 𝑀𝑃𝑎 𝑇1 = 520° 𝐾

El valor de la presión no se encuentra entonces debemos buscar los valores de las entalpias a 6,5 MPa haciendo extrapolación Presión de 6,5 MPa y temperatura de 500°C su entalpia es 3417.25 Kj/kg Presión de 6,5 MPa y temperatura de 550°C su entalpia es 3536.45 Kj/kg Interpolamos para hallar la entalpia a temperatura 520°C ℎ1 = ℎ2 = ℎ3 = ℎ4 = 3464.93

𝐾𝑗 𝑘𝑔

Estado 5: El fluido entra al calentador como vapor a 480 kPa

Interpolamos la presión entre 450kPa y 500 kPa y obtenemos la entalpia 5.

ℎ5 = 2746.22

𝑘𝐽 𝑘𝑔

Estado 6: 𝑃6 = 5 𝑘𝑃𝑎 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎

ℎ6 = 2560.7

𝑘𝐽 𝑘𝑔

Estado 7: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 𝑃 = 500 𝑘𝑃𝑎

ℎ7 = 640.09

𝑘𝐽 𝑘𝑔

Estado 8: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 𝑃 = 5 𝑘𝑃𝑎

ℎ8 = 137.75

𝑘𝐽 𝑘𝑔

Estado 9: ℎ9 = ℎ8 + 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎1 ℎ9 = 137.75

𝑘𝐽 𝐾𝑗 + 6.819 𝑘𝑔 𝑘𝑔

ℎ9 = 144.569

𝑘𝐽 𝑘𝑔

Estado 10: ℎ10 = ℎ7 + 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎2 ℎ10 = 640.09

𝑘𝐽 𝐾𝐽 + 6.558 𝑘𝑔 𝑘𝑔

ℎ10 = 646.648 Válvulas de expansión: Flujo que va a la turbina:

𝑘𝐽 𝑘𝑔

𝒎̇𝒗𝒂𝒍𝒗𝒖𝒍𝒂 𝒆𝒙𝒑𝒂𝒏𝒔𝒊𝒐𝒏 = 0.20 ∗ 20 𝑚̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 = 16

𝑘𝑔 𝑠

=4

𝑘𝑔 𝑠

80% de flujo que se dirige al calentador: 𝑚̇𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 1 = 16

𝑘𝑔 𝑘𝑔 ∗ 0.80 = 12.8 𝑠 𝑠

𝑘𝑔 𝑠

𝑚̇𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 2 = 4

𝑘𝑔 𝑠

Total, que entra al calentador: 𝑚̇𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 12.8

𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝒌𝒈 +4 = 𝟏𝟔. 𝟖 𝑠 𝑠 𝒔

El flujo de calor es: 𝑄̇𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝑚̇𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ (ℎ4 − ℎ7 ) 𝑄̇𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 = 16.8

𝑘𝑔 𝐾𝑗 𝑘𝐽 ∗ (3464.93 − 640.09 ) 𝑠 𝑘𝑔 𝑘𝑔

𝑄̇𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 = 47457.312

𝑘𝐽 𝑘𝑔

2. Cada grupo deberá leer en tablas o calcular los valores de entropías para cada una de las corrientes. 𝑃1 = 6,5 𝑀𝑃𝑎 𝑇1 = 520°𝐶

Al no encontrar el valor de la presión en la tabla, entonces hallamos los valores de entalpia de 6,5MPa extrapolamos. Presión de 6,5 MPa y temperatura de 500°C su entropía es 6.8413 kJ/kg.K Presión de 6,5 MPa y temperatura de 550°C su entropía es 6.99075 kJ/kg.K Interpolamos para hallar la entropía de 520°C

𝑠1 = 𝑠2 = 𝑠3 = 6.90108

𝑘𝐽 𝑘𝑔. 𝐾

Proceso N° 4: El proceso 2 y 4 es isoentálpico: ℎ2 = ℎ4 = 3464.93

𝐾𝑗 𝑘𝑔

𝑃4 = 480 𝐾𝑃𝑎

𝐾𝑗

Extrapolamos para la presión 480KPa o 0,480MPa: ℎ4 = 3464.93 𝑘𝑔 Presión de 0,40MPa Entalpia de 3464.93 kJ/kg Entropía de 8.1648 kJ/kg.K Presión de 0.50 MPa Entalpia de 3464.93 kJ/kg Entropía: 8.0622 kJ/kg.K

Hallamos entropía de 0.480 MPa

𝑠4 = 8.08272

𝑘𝐽 𝑘𝑔. 𝐾

Proceso 5: En la corriente 5 el fluido entra al calentador como vapor a 480KPa

Interpolamos presión entre 450KPa y 500KPa y obtenemos la entropía 5 𝑠5 = 6.82778

𝑘𝐽 𝑘𝑔. 𝐾

Estado 6: 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑃6 = 5 𝐾𝑃𝑎 𝑠6 = 6.82778

𝑘𝐽 𝑘𝑔. 𝐾

Estado 7: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 𝑃 = 500 𝑘𝑃𝑎 𝑠7 = 1.8604

𝑘𝐽 𝑘𝑔

Estado 8: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 𝑃 = 5 𝐾𝑃𝑎 𝑠8 = 0.4762

Estado 9:

𝑘𝐽 𝑘𝑔

𝑷𝟗 = 𝟔. 𝟓 𝑴𝒑𝒂

ℎ9 = ℎ8 + 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎1 ℎ9 = 137.75

𝑘𝐽 𝐾𝑗 + 6.819 𝑘𝑔 𝑘𝑔

ℎ9 = 144.569

𝑘𝐽 𝑘𝑔

Liquido comprimido según la tabla:

Estado 10:

𝑷𝟏𝟎 = 𝟔. 𝟓 𝑴𝒑𝒂 ℎ10 = ℎ7 + 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎2 ℎ10 = 640.09

𝑘𝐽 𝐾𝐽 + 6.558 𝑘𝑔 𝑘𝑔

ℎ10 = 646.648 Agua líquida comprimida según tabla:

𝑘𝐽 𝑘𝑔

3. Cada grupo deberá elaborar el Diagrama Ts del ciclo termodinámico de

cogeneración.