Termodinámica 2003          

Practica

Unidad Temática 5                                

EXERGIA

 

Problema 1

Un congelador se mantiene a –6ºC extrayéndose 75 kJ/min de calor. La entrada de potencia al congelador es de 500 w. Calcúlese el rendimiento exergético del proceso.

Respuesta: hexe = 0,31

 

Problema 2

Un tanque rígido aislado de 0,5 m3 contiene 0,9 kg de CO2 a 100 kPa. Una hélice efectúa trabajo sobre el CO2 hasta que la presión llega a los 120 kPa. Determine, considerando el comportamiento del CO2 como el de un gas ideal de calor específico constante, el rendimiento exergético del proceso

Respuesta: hexe = 0,08

 

Problema 3

Un aeroenfriador (fin-fan), consistente en tubos aleteados por los que fluye gas natural enfriándose por circulación de una corriente exterior de aire en flujo cruzado, se utiliza para enfriar gas natural. La temperatura del aire de entrada, en la condición mas desfavorable, es de 38ºC. Se usan cuatro ventiladores, accionados cada uno por motores de 7,1 kW. El caudal del gas es de 48588 kg/h, el de aire 538700 kg/h. El aire evoluciona a presión constante igual a 101,3 Pa, y se conocen los siguientes datos de la corriente de gas: presión a la entrada y a la salida, 5933,1 Pa; Tentrada, 288 ºC, Tsalida, 49 ºC; entalpía a la entrada, 22246,4 kJ/kmol; entalpía a la salida, 10222,5 kJ/kmol; entropía a la entrada, 190,95 kJ/kmolK; entropía a la salida, 163.31 kJ/kmolK; peso molecular, 18,9 kg/kmol. Se pide calcular la variación de entropía del universo y el rendimiento exergético del proceso.

Respuesta: DSu = 16590,55 KJ / K h; hexe = 49,7 %

 

Problema 4

Una mezcla de 380 kmol/hora de vapor sobrecalentado, cuya composición molar es 20% CH4 y 80% H2, se expande de 3180,8 kPa a 769,9 kPa utilizando un turboexpansor adiabático. En el proceso se enfría desde –102ºC hasta –143ºC, variando su entalpía de h1= 4968,7 kJ/kmol a h2= 3770,2 kJ/kmol y su entropía de s1= 100,4 a s2= 104,4 kJ/kmolK.

a)      Se pide calcular el rendimiento exergético del proceso.

b)      Si el proceso produce 351456 KJ /h de trabajo útil, ¿cuál será la entropía generada y el rendimiento exergético?

Respuesta: a) hexe = 50 %, b) DSu = 11868,90 KJ / K h; hexe = 38 %

 

Problema 5

Se comprime gas metano desde 100 PSIA y 80 °F hasta 500 PSIA.  El compresor funciona adiabáticamente y con un rendimiento isentrópico igual a 0,8. Después de la compresión el metano se enfría a presión constante igual a 500 PSIA hasta 100°F.

 Se pide realizar el análisis termodinámico del proceso (Calcular el rendimiento exergético global y los grados de destrucción de exergía en cada equipo).

Se conocen los siguientes datos extraídos de una tabla de vapor sobrecalentado del metano:

 

Presión

[psia]

Temperatura

[°F]

Entalpía

[BTU/lbm]

Entropía

[BTU/lbm.°R]

100

80

407,0

1,450

500

100

408,0

1,257

500

300

530,4

1,441

500

310

536,9

1,450

500

320

543,4

1,459

500

330

549,9

1,467

500

340

556,4

1,475

500

350

562,9

1,483

500

360

569,4

1,490

 

Respuesta: hexe = 63,4 %; rcomp = 13 %; renf = 23,6 %

 

 

Nota: En todos los ejercicios tomar po=0,1 Mpa y to= 20ºC.