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• Jhordy Jhampier Ramos Venturo

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SOLUCIONARIO 1. Vapor de agua inicialmente a 6MPa y 500°C, se expande reversible e isotérmicamente hasta 1,6 MPa en un equipo de flujo estable (estado estacionario). Durante el proceso, se entrega calor al equipo desde un depósito térmico a 600°C. Si el flujo de agua a través del equipo es de 1Kg/s. se pide: a) b) c) d) e)

El cambio de entropía para el agua en KJ/kg.K. El flujo de calor entregado al equipo, en KJ/s. La potencia en KW, entregado por el equipo. El cambio de entropía para el depósito térmico, en KJ7s.K. ¿Este proceso es posible? Justifique.

V.S.C P1= 6 MPa

P2= 1,6 MPa

T1= 500 °C

T2= 500 °C

S1= 6,8803 h1= 3422,2

S2= 7,5390 h2= 3472,0 Q= 600°C

mH2O = 1Kg/s

a) ∆𝑆𝐻2𝑂 = ∆𝑆2 − ∆𝑆1 ∆𝑆𝐻2𝑂 = 7,5390 − 6,8803 = 0,6587

𝐾𝐽 ⁄𝐾𝑔. 𝐾

Ecuación General: m̊ (∆h + ∆ec + ∆ep) = Q̊ − W̊ Reversible

∆𝑆𝑢𝑛𝑖𝑣 = ∆𝑠𝑖𝑠𝑡 + ∆𝑎𝑙𝑟𝑒𝑑 = 0 ∆𝑠𝑖𝑠𝑡 = ∆𝑎𝑙𝑟𝑒𝑑

b) m̊ (∆h + ∆ec + ∆ep) = Q̊ − W̊

m̊ (ℎ2 − ℎ1 ) = Q̊ 1(3472 − 3422,2) = Q̊ 49,8 = Q̊

2. Un ciclo de refrigeración por compresión de vapor que utiliza R-134ª como sustancia de trabajo, opera con una temperatura en el evaporador de -20°C y una temperatura en el condensador de 40°C. El fluido entra al compresor como vapor saturado y a la válvula de expansión como liquido saturado. El efecto de refrigeración deseado es de 20 T.R. Determine: a) La potencia requerida por el compresor. b) El Coeficiente de funcionamiento (COP). c) El gasto de R-134a en circulación. T

T1 = T4 =40°c

4 1 CONDENSADOR

T2 = T3 = -20° 2 EVAPORADOR

3

𝑆3 = 𝑆4 1𝑇𝑅 = 3,517 10𝑇𝑅 = 35,17 20𝑇𝑅 = 70,34 , Q̊ Q̊

𝐸

= 70,34 = m̊ (ℎ3 − ℎ4 )

C̅ 70,34 = m̊ (235,31 − 106,19) 70,34 = m̊ . 129,12 m̊ = 0,54 W̊ 𝐶 = m̊ (ℎ3 − ℎ4 ) W̊ 𝐶 = 0,54(265,31 − 277,15)

S

W̊ 𝐶 = −22,61 𝐶𝑂𝑃 =

Q̊

𝐸

|W̊ 𝐶 |

=

Q̊

𝐸

W̊ 𝐶

= 3,11

Hallamos h 40°𝐶 = 𝑇1 = 𝑇4 −20°𝐶 = 𝑇2 = 𝑇3 𝑇1 = 40°𝐶 𝐿. 𝑆 ℎ1 = 106,19 Punto ②: ℎ1 = ℎ2 = 106,19 Punto ①:

𝑇3 = −20°𝐶 Punto ③: ℎ3 = 235,31 𝓈3 = 0,0996 𝑆3 = 𝑆4 = 0,9332 𝑇4 = 40 Punto④: ℎ4 = 277,19 T

=

h 268,68 H 280,19

ℎ−280,19 268,68−280,19

= 0,20

ℎ = 277,19

𝓈 0,9066 0,9332 0,9428

0,9332 − 0,9428 0,9066 − 0,9428

= 0,20

3. Un sistema cerrado a presión constante (cilindro y pistón) contiene 0,5 Kg de hidrogeno gaseoso (PM=2) a 600 KPa y 17°C, El gas recibe 1440 KJ de calor desde un deposito térmico a 450 K, se pide calcular: a) El cambio de entropía del hidrogeno, en KJ/K. b) El cambio de entropía del depósito térmico, en KJ/K. c) ¿El proceso es reversible, irreversible o imposible? Justifique su respuesta.

𝑄 = 1440 𝐾𝐽 𝑇𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 450𝐾 𝑃1 = 𝑃2 𝑤 = 0,5 𝐾𝑔 𝑃M̊ = 2 𝑃1 = 600 𝐾𝑃𝑎 𝑇1 = 17 𝑃2 = 600 𝐾𝑃𝑎

𝑃1 = 600 𝐾𝑃𝑎 𝑛 = 0,35

𝑉2 = 1𝑚3

𝑇1 = 𝑛 + 273 = 290 𝐾

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝑇

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝑉=

0,25 × 8,314 × 290 = 1𝑚3 600 ∆𝑆 = 𝑛 ∫

600 × 1 0,25 × 8,314 𝑇 = 289 𝐾

C̅ P 𝑅 𝑃1 𝑑𝑡 + 𝑛 ln ( ) 𝑇 𝑃2 M̄

𝑇2 𝑅 𝑃1 𝑛𝐶𝑝 ln ( ) + 𝑛 ( ) ln ( ) 𝑇1 𝑃2 M̄ 7 289 8,314 600 𝑅 ln ( )+( ) ln ( ) 2 290 2 600 ∆𝑆 = 0,1005 → 1,005 𝐾𝐽/𝐾 b) ∆𝑆 =

−𝑄𝑠𝑖𝑠𝑡 𝑇𝑎𝑚𝑏

=

1440𝐾𝐽 450𝐾

∆𝑆 = 3,2 𝐾𝐽/𝐾 c) Reversible, existe Real Posible.