UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

APORTE No. 1TRABAJO COLABORATIVO No. 2

TERMODINÁMICA

TUTORRUBÉN DARÍO MUNERA TANGARIFE

CEAD BARRANQUILLAMAYO 04 DE 201

1. Determine la temperatura de la mezcla de corrientes al interior del desaireador, suponga que los cambios en las energías cinética y potencial, así como las pérdidas de calor son insignificantes.

A continuación se presentan los datos asignados a su tema y a partir de los cuales debe desarrollar todos los cálculos.

DESAIREADOR VALOR UNIDADTemperatura de agua fresca 12 °CTemperatura de condensado 35 °CPérdida de agua desaireada 2 %

CALDERA VALOR UNIDADVapor generado 22000 Kg/hrPresión de vapor saturado 150 PSIEficiencia de la caldera 0,8Porcentaje de agua fresca 45 %Combustible PropanoEficiencia de la combustión 88 %

BOMBA VALOR UNIDADCaudal Máximo 22000 m3/hrPresión descarga 170 PSI

TURBOCOMPRESOR VALOR UNIDADPorcentaje de vapor que ingresa 60 %Presión de salida de vapor 45 PSIEficiencia de la turbina 0,78Relación Wcomp/Wturbina 0,8Eficiencia del compresor 0,8Presión de salida de aire comprimido 150 PSI

Solución:

Si se realiza un balance de energía en el desaireador, se tendrá que:

mcc=Corriente decondensados

mafc=Mezcladeagua fresca y condensados

mad=Perdida aguadesaireada

maf=Agua fresca

mi=Mezcla inicial

Balance en el desaireador

mccCP (T icc−T ° )+mafCP (T iaf−T ° )=miC p (T fi−T ° ) (1)

Suponemos que Cp no varía con la temperatura, T° = 0 °C y adicional a esto tenemos en cuenta que:

maf

mi

=45%=0,45 (2)

mcc

mi

=55%=0,55(3)

Se Reemplaza T°=0

mccCPT icc+mafCPT iaf=miC pT fi (4)

Se divide a ambos miembros por Cp

mccT icc+mafT iaf=miT fi(5)

Se divide por mi

mcc

mi

T icc+maf

mi

T ia f=T fi (6)

Reemplazando las ecuaciones (2) y (3) en (6) se tiene que:

0,55T icc+0,45T iaf=T fi

Reemplazamos: Ticc=35°C y Tiaf=12°C

T fi=(0,55 ) (35 °C )+(0,45 ) (12° C )=24,65

Entonces la temperatura de la esta mezcla inicial es la misma que la temperatura de la mezcla de agua fresca y condensados

T Cond=24 ,65 ° C

2. Determine la cantidad de calor requerido en la caldera para la formación del vapor asignado a su grupo.

A continuación se presentan los datos asignados a su tema y a partir de los cuales debe desarrollar todos los cálculos.

Solución:

Cantidad de calor requerido en la caldera para la formación del vapor

En la información inicial se establece que la presión de descarga de la bomba es de 170 psi, y la presión de salida del vapor es de 150 psi, se da por entendido que la caldera tiene una caída de presión de 20 psi.

Se realiza un balance de energía:

mhi+Q=mhf (7)

Siendo hi la entalpía inicial del fluido y hf la entalpía final.

Buscamos en tablas hi y hf

m=22 000 kg/hT=24,65P=170 psiEstado (Liq.

m=22 000 kg/hT=?P=150 psiEstado (Vap.

Para hi asumimos que para un líquido incompresible la entalpía no aumenta con el cambio de presión, pero si depende de la temperatura así que buscamos la entalpía de un líquido saturado a 24,65 °C.

Para hf buscamos la entalpía de vapor saturado a 150 psi.

Para estas condiciones:

hi(@T sat ;24,65 ° C)=103,4 kJ /kg

@P sat=150 PSI ;h f=2778,3kJkg

;T sat=181,3 °C

Se despeja Q de la ecuación (7)

Q=m (h f−hi )(8)

Reemplazando valores se tiene:

Q=(22000 kgh ) [(2778,3−103,4 ) kJkg ]

Q=58847 800 kJh

3. Determine la cantidad de carbón requerido en la combustión y la cantidad de dióxido de carbono generado (recuerde la ecuación estequiométrica de la combustión).

Teniendo en cuenta que el combustible es propano

C3H 8+5 (O2+3,78N2 )→3CO2+4H 2O+18,9N2∆h=−2200kJmo l−1

También se sabe que la eficiencia de la caldera ec=0,8 y la eficiencia de la reacción er=0,88

Del punto anterior se sabe que se necesita suministrar 58 847 800 kJ/h.

mC 3∗∆h∗er∗ec=−Q(9)

mC 3=−Q

∆h∗er∗ec(10)

mC 3=−58847800kJ h−1

(−2200 kJmol−1)(0,88)(0,8)

mC 3=37995mol h−1

Ahora el peso molecular del propano es 56 g/mol = 0,056 kg/mol

mC 3=37995mol h−1∗0,056kgmol−1

mC 3=2127,7kgh−1