• Author / Uploaded
• Andrea Avila

Citation preview

TERMODINÁMICA FASE 3 APLICACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN SITUACIONES INDUSTRIALES

PRESENTADO POR:

OMAR PEDRAZA ERIKA LOPEZ CESAR SOSA LEIDY PARRA JESUS VILLAMIL

TUTOR ANA ILVA CAPERA

GRUPO: 201015_80

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD” ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS, PECUARIAS, Y MEDIO AMBIENTE INGENIERIA AMBIENTAL OCTUBRE 2020

INTRODUCCION

El siguiente trabajo se hace con el fin de aplicar los conceptos de la primera ley de la termodinámica en las situaciones industriales desarrollando ejercicios y aplicando formulas de la termodinámica, aprendiéndolas a aplicar para en la vida profesional aplicarlas para la solución de problemas ambientales diferenciando los cambios de la materia, la energía cinética y potencial de los trabajos.

SITUACIÓN INDUSTRIAL:

Una caldera produce una corriente de vapor de agua a una determinada presión y temperatura, esta corriente ingresa a una turbina y se expande isoentrópicamente. Una fracción de ese vapor se extrae a una presión dada y se envía a una cámara de mezcla en la que simultáneamente ingresa una corriente de agua fría que será descrita más adelante. El vapor restante continúa expandiéndose en la turbina hasta lograr cierta presión y luego ingresa a un condensador del que sale convertido en líquido saturado. El líquido saturado ingresa a una bomba donde se comprime de forma isentrópica hasta una presión determinada. A esa presión ingresa a la cámara de mezcla mencionada anteriormente, allí se mezcla con la corriente de vapor que ingresa proveniente de la caldera. La mezcla que sale de la cámara se encuentra como líquido saturado, e ingresa a una segunda bomba en la que aumenta su presión hasta un valor determinado, esta corriente finalmente sale de la bomba e ingresa a la caldera.

Cada grupo deberá elaborar de forma colaborativa realizar los siguientes puntos:

1. Elaborar un diagrama de bloques en Excel representando la totalidad de equipos involucrados en la situación industrial, 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.

DIAGRAMA DEL CICLO DE POTENCIA

2. Con base en los datos que el tutor asignará en el foro, el estudiante deberá encontrar los valores de presión, temperatura y entalpía para cada una de las corrientes numeradas en el diagrama de bloques y presentarlos en una tabla. TABLA DE PRESIONES,TEMPERATURAS Y ENTALPÍAS Corriente 1. Caldera a turbina 2. Turbina a camara de mezcla 3. Turbina a condensador 4. condensador a bomba 1 5. Bomba 1 a cámara de mezcla 6. Cámara de mezcla a bomba 2 7. Bomba 2 a Caldera

Estado Vapor sobrecalentado Vapor sobrecalentado Mezcla líquido vapor líquido saturado liquido comprimido liquido saturado liquido comprimido

Presión (kPa) 10000 5000 60 60 5000 5000 10000

Corrientes 1: Vapor sobrecalentado a 10MPa y 800°C

𝒉𝟏 = 𝟒𝟏𝟏𝟒, 𝟓 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈

Corriente 2: Vapor sobrecalentado a 5MPa y s=7,4085kJ/kgK

Temperatura (°C) 800 658,47 85,93 85,93 86,33 263,45 265,36

Entalpía (kJ/kg) 4114,5 3803,38 2608,87 359,91 365,49 1154,5 1161,3

Interpolamos para hallar entalpía y temperatura 7,5136 − 7.2605 3900,3 − 3666,9 = 7,5136 − 7,4085 3900,3 − ℎ2 𝒉𝟐 = 𝟑𝟖𝟎𝟑, 𝟑𝟖 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈 7,5136 − 7.2605 700 − 600 = 7,5136 − 7,4085 700 − 𝑇2 𝑻𝟐 = 𝟔𝟓𝟖, 𝟒𝟕°𝑪

Corriente 3: Vapor húmedo a 60kPa=0,6bar y s=7,4085kJ/kgK

𝑻𝟑

= 𝟖𝟓, 𝟗𝟑°𝑪

La entalpía la obtenemos por interpolación 7,5311 − 1.1454 2652,9 − 359,91 = 7,5311 − 7,4085 2652,9 − ℎ3 𝒉𝟑 = 𝟐𝟔𝟎𝟖, 𝟖𝟕 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈

Corriente 4: Líquido saturado temperatura 𝟖𝟓, 𝟗𝟑°𝑪 𝒉𝟒 = 𝟑𝟓𝟗, 𝟗𝟏 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈

Corriente 5: Liquido comprimido 5MPa, isentrópico s=1,1454kJ/kgK

Interpolamos para determinar la entalpía y temperatura 1,3034 − 1,0723 422,85 − 338,96 = 1,3034 − 1,1454 422,85 − ℎ5 𝒉𝟓 = 𝟑𝟔𝟓, 𝟒𝟗 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈 1,3034 − 1,0723 100 − 80 = 1,3034 − 1,1454 100 − 𝑇5 𝑻𝟓 = 𝟖𝟔, 𝟑𝟑°𝑪 Corriente 6: Líquido saturado a 5MPa En la tabla obtenemos entropía y temperatura

𝑻𝟔 = 𝟐𝟔𝟑, 𝟗𝟒°𝑪

𝒉𝟔 = 𝟏𝟏𝟓𝟒. 𝟓 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈 𝒔𝟔 = 𝟐, 𝟗𝟐𝟎𝟕 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈 𝑲

Corriente 7: l Liquido comprimido 10MPa isentrópico 𝟐, 𝟗𝟐𝟎𝟕 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈𝑲

Interpolamos para obtener la entalpía y temperatura 𝑻𝟕 = 𝟐𝟔𝟓, 𝟑𝟔°𝑪 𝒉𝟕 = 𝟏𝟏𝟔𝟏, 𝟑 𝒌𝑱⁄𝒌𝒈

3. Determinar el trabajo en la turbina y en cada una de las bombas Trabajo en la bomba 1 𝑊𝐵1 = 𝑉𝑓 (𝑃5 − 𝑃4 ) Buscamos en la tabla volumen específico 𝑊𝐵1 = 0.0010331 𝑚3 ⁄𝑘𝑔 (5000𝑘𝑃𝑎 − 60𝑘𝑃𝑎) 𝑾𝑩𝟏 = 𝟓, 𝟏𝟎𝟑𝟓 𝒌𝑱⁄𝒔 Trabajo en la bomba 2 𝑊𝐵2 = 𝑉𝑓 (𝑃7 − 𝑃6 ) Buscamos en la tabla volumen específico 𝑊𝐵2 = 0.001286 𝑚3 ⁄𝑘𝑔 (10000𝑘𝑃𝑎 − 5000𝑘𝑃𝑎) 𝑾𝑩𝟐 = 𝟔, 𝟒𝟑 𝒌𝑱⁄𝒔 Trabajo en la turbina Realizamos un balance de energía en la turbina 𝑚1 ℎ1 = 𝑚2 ℎ2 + 𝑚3 ℎ3 + 𝑊𝑡𝑢𝑟 𝑊𝑡𝑢𝑟 = 𝑚1 ℎ1 − 𝑚2 ℎ2 − 𝑚3 ℎ3 Reemplazamos datos y calculamos

𝑊𝑡𝑢𝑟 = 25 𝑘𝑔⁄𝑠 (4114,5 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔) − 30%(25 𝑘𝑔⁄𝑠)(3803,38 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔) − 70%(25 𝑘𝑔⁄𝑠)(2608,87 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔) 𝑾𝒕𝒖𝒓 = 𝟐𝟖𝟔𝟖𝟏, 𝟗 𝒌𝑱⁄𝒔

CONCLUSIONES

Se puede concluir que se identifican los cambios de energía cinética y potencial de los trabajos de industria en la aplicación de fórmulas de la termodinámica y los cambios que puede haber si cambia la entropía si se utiliza un condensador y la amara d mezclado aprendiendo a diferenciar los estados de la materia se puede concluir que quedo claro la primera ley de la termodinámica y se puede aplicar en la vida profesional de cada uno.

BIBLIOGRAFÍA Estados de la materia. Aplicativo en Línea. Recuperado de: https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter-basics/latest/states-of-matterbasics_es.html

Cengel, Y. (2011). Termodinámica. España. MacGraw Hill. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?ppg=1&docID= 10515088&tm=1479752795999