Unitesba Ingeniería industrial
[TERMODINAMICA] Jorge Luis Celedon Arias
JORGE LUIS CELEDON ARIAS TERMODINAMICA INGENIERIA INDUSTRIAL UNITESBA TAREA TERCERA UNIDAD
1. Una máquina térmica que bombea agua para extraerla de una mina subterránea acepta 700 kJ de calor y produce 250 kJ de trabajo. ¿Cuanto calor rechaza, en kJ? Formula a utilizar Qf=Qc-w Qc=700 W=250 Qf=¿? Qf=700-250=450
qf=450 rechaza 450kj
2. Una máquina térmica con una eficiencia de 40% rechaza 1000kJ/kg de calor en cada ciclo ¿Cuánto calor recibe? Eficiencia=40% Qc=¿? W=¿? Qf=1000kj/kg Wgen Qf f= =Wgene= Q eficiencia eficiencia ¿
1000 KJ / KG =2500 Kj / Kg 0.4
CALOR RECIBIDO =2500KJ/Kg 3. Una planta termoeléctrica con una generación de potencia de 150 MW consume carbón a 60 ton/h. Si el poder calórico del carbón es de 30,000 KJ/Kg; determine la eficiencia total de esta planta. Formula a utilizar Eficiencia térmica = salida deseada/entrada requerida Poder calorífico = 30,000 KJ/Kg Eficiencia térmica =¿? Er = 30,000 KJ/Kg /60 ton/h|1000 kg/1 ton|1h/3600s| Er = 500MW Eficiencia térmica = 150 mw / 500mw = 0.3 → 30%
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4. Un motor de automóvil consume combustible a razón de 22 L/h y entrega a las ruedas de potencia de 55KW. Si el combustible tiene un poder calorífico de 44,000KJ/Kg y una densidad de .8 g/cm3, determine la eficiencia del motor. 1 g/cm3 = 1 kg/ L .8 g/cm3 * 1 kg/ L = .8 Kg/L 22 L/h * .8 Kg/L = 17.6 kg/ h 17.6 kg/ h|1h/3600s |= 4.88x10-3 kg/s ER = 44,000KJ/Kg|4.88x10-3 kg/s ER = 215.116 KJ/s Eficiencia térmica = 55 Kw / 215.116kj/s = 0.255814 → 25% 5. En 2001, Estados Unidos produjo 51 por ciento de su electricidad,1.878x1012 kWh, en plantas con quemadores de carbón. Tomando la eficiencia térmica promedio como 34%, determine la energía térmica rechazada por las plantas eléctricas de carbón en ese año en Estados Unidos. Eficiencia
Q
f=
¿
Wgen Qentr =
¿
Wgen Qf +Wgen
Wgen −Wgen = eficiencia
¿
1 . 878 x 10 12kwh −1 . 878 x 10 12kwh 0.34
=3.646x1012kwh 6. La energía solar almacenada en grandes cuerpos de agua, que se llaman estanques solares, se utiliza para generar electricidad. Si una planta de energía solar tiene una eficiencia de 4 por ciento y una generación neta de 350 kW, determine el valor promedio de la tasa necesaria de recolección de energía solar, en Btu/h.
Qn
¿
Wgen eficiencia =
¿
350 kW 1 Btu 3600 s ( ) ¿ =2.986x107 0.04 1.055 kJ 1 hJ
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7. El agua de un lago grande se va a usar para generar electricidad mediante la instalación de un sistema turbina hidráulica-generador en una ubicación donde la profundidad del agua es de 50 m. Se va a suministrar agua a razón de 5 000 kg/s. Si la potencia eléctrica generada se mide como 1 862 kW, y la eficiencia del generador es de 95 por ciento, determine a) la eficiencia general del sistema turbinagenerador, b) la eficiencia mecánica de la turbina y c) la potencia de eje suministrada por la turbina al generador a) Se toma como el fondo del lago como nivel de referencia por lo que la energía cinetica y potencial es igual a cero y su densidad es= 1000kg/m3 emecanica entrada-emecanica salida=(9.81m/s2)(50m)
(
1 kj/kg ) 1000 m 2/s 2
=0.491kj/kg La eficiencia totas es Eficiencia 1=m(emecanica entrada-emecanica salida) =(5000kg/s)(0.491kj/kg) =2455kw
Eficiencia total=
wsalida 1862kw eficincia1 )= 2455 kw =0.76 ¿
b) ya conocemos la eficiencia total asi que emecanica de turbina=eficiencia total/eficiencia de generador 0.76 = 0.95
=
0.8
c) potencia sumistrada=emecanica de turbina*eficiencia1 0.80*2455kw= 1964kw 8. En cierta ubicación, el viento sopla constantemente a 7 m/s. Determine la energía mecánica del aire por unidad de masa y el potencial de
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generación de potencia de un aerogenerador con hojas de 80 m de diámetro en ese sitio. También determine la generación efectiva de potencia suponiendo una eficiencia total de 30 por ciento. Tome la densidad del aire como 1.25 kg/m3
9.
Se determina que la eficiencia de combustión de la caldera es 0.7, mediante un analizador portátil de gases. Después de ajustar la caldera, la eficiencia de combustión sube a 0.8. En un año, la caldera opera sin interrupciones 4.200 horas. Suponiendo que el costo unitario de la energía es $4.35/106 Btu, calcule el ahorro de energía y de costos, por ajustar la combustión de la caldera.
10. Se bombea agua de un embalse inferior a otro superior mediante una bomba que provee 20 kW de potencia de flecha. La superficie libre del embalse superior está 45 más arriba respecto a la del inferior. Si el caudal medido de agua es de 0.03 m3/s, determine la potencia mecánica que se convierte en energía térmica durante este proceso debido a efectos de rozamiento. ( =(100kg/m3)(0.03m3/s)(9.81m/s2)(45m)
1N 1 kw )( ) kg∗m 1000 n∗m/ws 2 1 s2
=13.2Kw La potencia mecanica perdida a cauza de los efectos de rozamiento es: Wrozamiento= 20-13.2=6.8Kw
