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• Juan Carlos Serrano Leon

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Unidad 2: Fase 5 Segunda ley termodinámica

Leidy Yaneth Quiñonez Celis 1102374245

Grupo: 201015_24

Ana Ilva Capera Tutora

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Bucaramanga - Santander

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. Diagrama de proceso

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. Para el desarrollo de este punto se tomará la base de 10 minutos de trabajo de la caldera. 𝑚1 = 20

𝑘𝑔 60𝑠 × 10𝑚𝑖𝑛 × = 12000𝑘𝑔 𝑠 1𝑚𝑖𝑛

𝑚2 = 20%(12000𝑘𝑔) = 2400𝑘𝑔 𝑚2 = 𝑚7 𝑚3 = 80%(12000𝑘𝑔) = 9600𝑘𝑔 𝑚8 = 80%(9600𝑘𝑔) = 7680𝑘𝑔 𝑚9 = 𝑚7 + 𝑚8 𝑚9 = 2400𝑘𝑔 + 7680𝑘𝑔 = 10080𝑘𝑔



Condiciones de entrada y salida del calentador en tablas

En la válvula la temperatura y la entalpía permanecen constantes. Se considera vapor saturado a la salida de la turbina.

Corriente 3 7 8 9

Estado Vap. Sob. Vap. Sob. Vap. Sat. Líq. Sat.

P(kPa) 6500 480 480 500

T(°C) 520 520 151.83 151.83

h(kJ/kg) 3423.1 3484.5 2748.1 640.09

s(kJ/kg K) 6.8826 80.893 6.8207 18.604

Realizando el balance de energía en el calentador y teniendo en cuenta que no se realiza trabajo, el flujo de calor es:

𝑄 = 𝑚9 ℎ9 − 𝑚7 ℎ7 − 𝑚8 ℎ8 𝑄 = 10080(640.09) − 2400(3484.5) − 7680(2748.1) 𝑄 = −23016100.8 𝑘𝐽

2. Cada grupo deberá leer en tablas o calcular los valores de entropías para cada una de las corrientes. 

En la turbina y en las bombas no hay cambio de entropía.



La corriente 2 es igual a la corriente 3.



Se determina la calidad de la corriente 4 a 5kPa: 𝑠8 = 𝑠4 𝑥=

𝑠4 − 𝑠𝑓4 𝑠𝑓𝑔4

𝑥=

6.8207 − 0.4762 = 0.8 7.9176 ℎ4 = ℎ𝑓4 + 𝑥ℎ𝑓𝑔4

ℎ4 = 137.75 + 0.8 × 2560.7 ℎ4 = 2186.31 𝑘𝐽/𝑘𝑔 

Condensador a presión constante y líquido saturado en la corriente 5



Corriente 6 a la salida de la bomba 1 𝑤1 = 𝑣𝑓5 (𝑃6 − 𝑃5 ) 𝑤1 = 0.001005(6500 − 5) 𝑤1 = 6.53 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ℎ6 = ℎ5 + 𝑤 ℎ5 = 137.75 + 6.53 = 144.28 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Se calcula la temperatura por interpolación doble entre 5 y 10 MPa con 20 y 400°C, dando como resultado 33.4°C



Corriente 10 a la salida de la bomba 2 𝑤2 = 𝑣𝑓9 (𝑃10 − 𝑃9 ) 𝑤2 = 0.001093(6500 − 500) 𝑤2 = 6.56 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ℎ10 = ℎ9 + 𝑤 ℎ10 = 640.09 + 6.56 = 646.65 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Se calcula la temperatura por interpolación doble entre 5 y 10 MPa con 140 y 160°C, dando como resultado 152.7°C



Cámara de mezclado Se realiza el balance de energía combinado con el de masa: 𝑚6 ℎ6 + 𝑚10 ℎ10 = (𝑚6 + 𝑚10 )ℎ1 𝑚6 = 9600 − 7680 = 1920𝑘𝑔 ℎ1 =

1920(144.28) + 2400(646.65) = 423.37𝑘𝐽/𝑘𝑔 1920 + 2400

Considerando líquido comprimido en la corriente 1 a 6.5 MPa, se calcula la temperatura y la entropía por interpolación doble entre 5 y 10 MPa con 100 y 120°C, dando como resultado 100°C



Resumen de los valores de cada corriente

Corriente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Estado Líq. Com. Vap. Sob. Vap. Sob. Mezcla Líq. Sat. Líq. Com. Vap. Sob. Vap. Sat. Líq. Sat. Líq. Com.

P(kPa) 6500 6500 6500 5 5 6500 480 480 500 6500

T(°C) 100 520 520 32.87 32.87 33.4 520 151.83 151.83 152.7

h(kJ/kg) 423.37 3423.1 3423.1 2186.31 137.75 144.28 3484.5 2748.1 640.09 646.65

s(kJ/kg K) 1.30 6.8826 6.8826 6.8207 0.4762 0.4762 8.0893 6.8207 1.8604 1.8604

Cada grupo deberá elaborar el Diagrama Ts del ciclo termodinámico de cogeneración A continuación se muestra el diagrama T-s de acuerdo a los valores obtenidos mediante lectura en tablas o balance de energía. Las flechas verdes indican los cambios de estado de las corrientes 1-2-7-9-101; mientras que las flechas naranjas indican los cambios de estado de las corrientes 3-4-5-6-1. Con azul se muestra aproximadamente la región de mezcla en el diagrama T-s para el agua.