solucionario procesos industriales

7/21/2019 solucionario procesos industriales

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10-41 Una planta termoeléctrica de vapor de agua operaen el ciclo Rankine con recalentamiento. El vapor entra a la

turbina de alta presión a 12.5 MPa y 55 !"# a ra$ón de %.%kg&s y sale a 2 MPa. El vapor luego se recalienta a presión

constante a '5 !" antes de e(pandirse en la turbina de ba)a presión. *as e+iciencias isentrópicas de la turbina y la bomba

son ,5 por ciento y - por ciento# respectivamente. El vapor sale del condensador como l/uido saturado. 0i el contenido

de umedad del vapor a la salida de la turbina no debe e(ceder 5 por ciento# determine a la presión de condensador# b la

producción neta de potencia y c la e+iciencia térmica.

Respuestas: a -.%3 kPa# b 1.2 M4# c 3.- por ciento



9-94 "onsidere un ciclo 6rayton simple /ue usa aire como +luido de traba)o# tiene una relación de presiones de 12# una

temperatura m7(ima de ciclo de !"# y la entrada al compresor opera a - kPa y 15 !". 89ué tendr7 mayor impacto en

la relación de traba)o de retroceso: una e+iciencia isentrópica de compresor de - por ciento o una e+iciencia isentrópica

deturbina de - por ciento; Use calores espec+icos constantes a temperatura ambiente.

11-61 Un sistema de refrigeración por compresión de dos evaporadores como se muestra en la gura P11-61utiliza refrigerante 134a como uido de trabajo !l sistema opera el evaporador 1 a " #$% el evaporador & a '&64

#$ ( el condensador a )"" *Pa !l refrigerante se circula por el compresor a razón de "1 *g+s% ( el evaporadorde baja temperatura sirve para una carga de enfriamiento de ) *, etermine la tasa de enfriamiento delevaporador de alta temperatura% la potencia necesaria para el compresor ( el $.P del sistema !l refrigerante esl/0uido saturado a la salida del condensador% ( vapor saturado a la salida de cada evaporador% ( el compresor esisentrópicoRespuestas: 6) *,% 4" *,% 3&4



!2!P. 1"-4 !l ciclo 5an*ine ideal con recalentamiento $onsidere una central elctrica devapor 0ue opera en el ciclo 5an*ine ideal con recalentamiento !l vapor entra a la turbina de altapresión a 1 Pa ( 6"" #$ ( se condensa a una presión de 1" *Pa 7i el con te ni do de 8umedaddel vapor a la salida de la turbina de baja presión no e9cede 1"4 por ciento% de termine a: lapresión a la 0ue el vapor se debe recalentar ( b: la eciencia trmica del ciclo 7u ponga 0ue elvapor se re calienta 8asta la temperatura de entrada de la turbina de alta presión



!2!P. 1"- !l ciclo 5an*ine ideal regenerativo $onsidere una central elctrica de vapor 0ueopera en un ciclo 5an*ine ideal regenerativo con un calentador abierto de agua de alimentación!l vapor entra a la turbina a 1 Pa ( 6"" #$% ( se condensa en el condensador a una presión de1" *Pa Una parte de vapor sale de la turbina a una presión de 1& Pa ( entra al calentadorabierto de agua de alimentación etermine la fracción de vapor e9tra/do de la turbina ( laeciencia trmica del ciclo



1"-16 Un ciclo 5an*ine ideal simple 0ue usa agua como uido de trabajo opera su condensadora 4" #$ ( su caldera a 3"" #$ $alcule el trabajo 0ue produce la turbina% el calor 0ue sesuministra en la caldera% ( la eciencia trmica de este ciclo cuando el vapor entra a la turbinasin ning;n sobrecalentamiento

1"-<4 !l vapor de agua entra a la turbina de una planta de cogeneración a < Pa ( ""#$ Una cuarta parte del vapor se e9trae de la turbina a una presión de 6"" *Pa paracalentamiento de proceso !l vapor restante sigue e9pandindose 8asta 1" *Pa !l vapor e9tra/dose condensa luego ( se mezcla con el agua de alimentación a presión constante% ( la mezcla sebombea a la presión de la caldera de < Pa !l ujo m=sico de vapor a travs de la caldera es 3"*g+s espreciando cual0uier ca/da de presión ( cual0uier prdida de calor en la tuber/a% (suponiendo 0ue la turbina ( la bomba son isentrópicas% determine la producción neta depotencia ( el factor de utilización de la planta



1"-1"< Una planta te9til necesita 4 *g+s de vapor de agua saturado a & Pa% 0ue see9trae de la turbina de una planta de cogeneración !l vapor entra a la turbina a ) Pa ( "" #$a razón de 11 *g+s% ( sale a &" *Pa !l vapor e9tra/do sale del calentador de proceso como l/0uidosaturado% ( se mezcla con el agua de alimentación a presión constante a mezcla se bombea ala presión de la caldera 7uponiendo una eciencia isentrópica de )) por ciento tanto para laturbina como para las bombas% determine a: la tasa de suministro de calor de proceso% b: laproducción neta de potencia ( c: el factor de utilización de la planta



11-6" $onsidere un sistema de refrigeración en cascada de dos etapas 0ue opera entre losl/mites de presión de 1& Pa ( &"" *Pa con refrigerante 134a como uido de trabajo !l rec8azode calor del ciclo inferior al superior tiene lugar en un intercambiador de calor adiab=tico acontracorriente en donde las presiones en los ciclos superior e inferior son "4 ( " Pa%respectivamente !n ambos ciclos el refrigerante es un l/0uido saturado a la salida delcondensador ( un vapor saturado a la entrada del compresor% ( la eciencia isentrópica delcompresor es de )" por ciento 7i el ujo m=sico del refrigerante en el ciclo inferior es de "1*g+s% determine a: el ujo m=sico del refrigerante a travs del ciclo superior% b: la tasa de

remoción del espacio refrigerado ( c: el $.P de este refrigerador 5espuestas> a: "&1& *g+s% b:&< *,% c: &6)

11-64 Un sistema de refrigeración en cascada de dos etapas debe dar enfriamiento a 4" #$operando el condensador de alta temperatura a 16 Pa $ada etapa opera en el ciclo ideal derefrigeración por compresión de vapor !l sistema superior de refrigeración por compresión devapor ?@$57% por sus siglas en ingls: usa agua como uido de trabajo% ( opera su evaporador a #$ !l ciclo inferior usa refrigerante 134a como uido de trabajo ( opera su condensador a 4""*Pa !ste sistema produce un efecto de enfriamiento de &" *2+s etermine los ujos m=sicos de5-134a ( agua en sus ciclos respectivos% ( el $.P total de este sistema en cascada



11-66 $onsidere un ciclo de dos etapas de refrigeración en cascada con una c=mara deevaporación instant=nea como la 0ue se muestra en la gura P11-66% con refrigerante 134acomo uido de trabajo a temperatura del evaporador es de A1" #$% ( la presión delcondensador es de 1 6"" *Pa !l refrigerante sale del condensador como l/0uido saturado% ( seregula a una c=mara de evaporación instant=nea 0ue opera a "4 Pa Parte del refrigerante se

evapora durante este proceso de evaporación instant=nea% ( este vapor se mezcla con elrefrigerante 0ue sale del compresor de baja presión a mezcla se comprime luego 8asta lapresión del condensador% mediante el compresor de alta presión !l l/0uido en la c=mara deevaporación instant=nea se estrangula 8asta la presión del evaporador ( enfr/a el espaciorefrigerado al vaporizarse en el evaporador !l ujo m=sico del refrigerante a travs delcompresor de baja presión es de "11 *g+s 7uponiendo 0ue el refrigerante sale del evaporadorcomo vapor saturado% ( 0ue la eciencia isentrópica es de )6 por ciento para amboscompresores% determine a: el ujo m=sico del refrigerante a travs del compresor de altapresión% b: la tasa de refrigeración suministrada por el sistema% ( c: el $.P de este refrigerador

Bambin determine d: la tasa de refrigeración ( el $.P si este refrigerador operase en un ciclopor compresión de vapor de una sola etapa entre la misma temperatura de evaporación ( la



misma presión del condensador% con la misma eciencia del compresor ( el mismo ujo m=sico0ue el calculado en el inciso a:



11-)" Un sistema de refrigeración de gas 0ue usa aire como uido de trabajo tiene una relaciónde presiones de !l aire entra al compresor a " #$ !l aire de alta presión se enfr/a a 3 #$rec8azando calor al entorno !l aire sale de la turbina a )" #$ ( luego absorbe calor del espaciorefrigerado antes de entrar al regenerador !l ujo m=sico de aire es de "4 *g+s 7uponiendo

eciencias isentrópicas de )" por ciento para el compresor ( ) por ciento para la turbina (usando calores espec/cos constantes a temperatura ambiente% determine a: la efectividad delregenerador% b: la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado ( c: el $.P del ciclo

Bambin determine d: la carga de refrigeración ( el $.P si este sistema operase en el ciclosimple de refrigeración de gas Use la misma temperatura dada de entrada al compresor% latemperatura de entrada a la turbina como se calculó ( las mismas eciencias de compresor ( deturbina



11-1&C !l sistema de refrigeración de la gura P11-1&C es otra variación del sistema b=sico derefrigeración por compresión de vapor 0ue intenta reducir el trabajo de compresión !n estesistema se usa un intercambiador de calor para sobrecalentar el vapor 0ue entra al compresor almismo tiempo 0ue se subenfr/a el l/0uido 0ue sale del condensador $onsidere un sistema deeste tipo 0ue usa refrigerante 134a como su uido refrigerante ( opera el evaporador a 1"1 #$%( el condensador a )"" *Pa etermine el $.P del sistema cuando el intercambiador de calor daun subenfriamiento de 113 #$ a la entrada de la v=lvula de estrangulación 7uponga 0ue el

refrigerante sale del evaporador como vapor saturado ( 0ue el compresor es isentrópico5espuesta> &3

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