El documento describe el funcionamiento de una olla a presión. Una olla a presión puede alcanzar presiones más altas que la atmosférica, haciendo que el agua hierva a temperaturas superiores a 100°C. Esto acelera los tiempos de cocción de los alimentos. La olla mantiene la presión y temperatura constantes durante la cocción mediante una válvula que libera vapor cuando se alcanza el límite de presión establecido.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
E.A.P. INGENIERIA QUIMICA
PROBLEMARESUELTO DE TERMODINÁMICADE LOS PROCESOS QUÍMICOS I
Ciclo: V - A
Apellidos y Nombres: ROJAS ESCOBAR Elvis
 En la figura se muestra una turbina a vapor de agua de paredes adiabáticas que
descarga vapor directamente al condensador isobárico y adiabático, a 10kPa. En los
puntos (2) y (3) se extraen vapor de la turbina para procesos industriales en
proporciones del 10% y 20% de la masa de vapor que ingresa a la turbina,
respectivamente. Considerando que todos los procesos son FEES y que la turbina
genera una potencia de 10MW, se pide determinar la potencia la potencia necesaria
para accionar a la bomba, en kW, y el caudal de agua de enfriamiento requerido, en
m3
/s.
1 1
2 2
3 3
6 4
7 7
8
2,0 300º
0,5 200º
0,2 150º
2,0 0,9
0,1 20º
30º
P MPa T C
P MPa T C
P MPa T C
P MPa x
P MPa T C
T C
 
 
 
 
 


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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
E.A.P. INGENIERIA QUIMICA
SOLUCIÓN:
Cálculo de entalpías:
1
1
2
2
3
33
1
2
4
4 4
3023,5 /
2855,4
2,0
300º
0,5
200º
0,2
150º
10
0,9 191,8
/
2
1
768,8 /
0,9
P MPa VAPOR SOBRECALENTADO
T C
P MPa VAPOR SOBRECALENTADO
T C
P MPa VAPOR SOBRECALENTADO
T C
P kPa V
h kJ kg
h kJ kg
h kJ k
APOR HUME O
x
g
D
h


 

 
 

 
 

 
 

  



4
5
6
5
6 6 5 5 6 5
5
7
7
6 6
8
8
2392,8
10
2,0 ( )
191,81 0,00101 (2000 10)
20º .
2345,33 /
191,81 /
193,82 /
83,94 / 12
30º
5,7
.
7 /
f f
f
h kJ kg
h h kJ kg
h
P kPa AGUA SATURADA
P MPa h h
kJ kg
h kJ kg h kJ k
v P P
v v h
T C AGUA SAT T C AGUA S T
g
A

 


 

    

     
 

 
 
 
BALANCE DE MASA EN LA TURBINA:
1 2 3 4
1 1 1 10,1 0,2 0,7
i sm m
m m m m
m m m m

  
  
& &
& & & &
& & & &
BALANCE DE ENERGIAEN LA TURBINA:
Q&
cW E  &
pE  U 
2 2 3 3 4 4 1 1
1 2 1 3 1 4 1 1
1 1 2 3 4
1
1
1
10000 0,1 0,2 0,7
( 0,1 0,2 0,7 ) 10000
(3023,5 0,1 2855,4 0,2 2768,8 0,7 2345,33) 10000
100
18,43
00
542,47
s s i i
H
W H
W m h m h
m k
W m h m h m h m h
m h m h m h m
g
h
m h h h h
m
m
s
 
 
 
   
    
   
 

    

&
& & &
& & & & &
&
& & & &
&
&
&

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E.A.P. INGENIERIA QUIMICA
BALANCE DE MASA EN LA BOMBA:
1 10,7 0,7
i sm m
m m


& &
& &
BALANCE DE ENERGIAEN LA BOMBA:
Q&
cW E  &
pE  U 
1 6 1 5
1 6 5
0,7 0,7
0,7 ( )
0,7 18,43 (193,82 1
25,9
91 8
3
, 1)
s s i i
H
W H
W m h m h
W m h m h
W m h
W
W
h
W k
 
 
 
 
 

   
&
& & &
& & &
& &
&
&
BALANCE DE MASA EN EL CONDENSADOR:
2
2 2
4 7 5 8
4 5 1
7 8
1 10,7
R
0,7
e :
0,7
i s
H O
H O H O
m m
m m m m
m m m m
cordar que
m m m
m m m


  
 

 

& &
& & & &
&
& & &
& & &
& & &
BALANCE DE ENERGIAEN EL CONDENSADOR:
Q& W &
cE  pE  U 
2 2
2
2
2
2
4 4 7 7 5 5 8 8
1 4 7 1 5 8
7 8 1 5 4
1 5 4
7 8
0
0
0,7 0,7
( ) 0,7 ( )
0,7 ( )
( )
0,7 18,43 (191,81 2345,33)
(83,94 125,77)
644,18
s s i i
i i s s
H O H O
H O
H O
H O
H O
H
H
m h m h
m h m h
m h m h m h m h
m h m h m h m h
m h h m h h
m h h
m
m kg
h
m
s
h
 
 
 

  
  
  






 

& &
& &
& & & &
& & & &
& &
&
&
&
& 2
3
644,18 0,00100 0,642 5H Om v sV V m     && &

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 Análisis termodinámico de la olla de presión.
FUNCIONAMIENTO DE LA OLLA DE PRESIÓN
La olla a presión u olla express es un recipiente hermético para cocinar que puede
alcanzar presiones más altas que la atmosférica. Debido a que el punto de ebullición
del agua aumenta cuando se incrementa la presión, la presión dentro de la olla permite
subir la temperatura de ebullición por encima de 100 °C (212 °F), en concreto hasta
unos 130 °C. La temperatura más alta hace que los alimentos se cocinen más
rápidamente llegando a reducir los tiempos de cocción tradicionales entre tres o cuatro
veces. Por ejemplo, un repollo se cocina en un minuto, las judías verdes en cinco, las
patatas pequeñas y medianas (hasta 200 g) pueden tardar unos cinco minutos y un
pollo completo no más de veinticinco a treinta minutos. Generalmente, se utiliza para
conseguir en un corto período los mismos efectos del estofado o de la cocción a fuego
lento.
Recordemos que la temperatura de saturaciónes la temperatura a la que, a una presión
dada, una sustancia cambia de fase (por ejemplo, de líquido a vapor). De la misma
forma la presión de saturación es la presión a la que, a una temperatura dada, una
sustancia cambia de fase.
La temperatura a la que el agua empieza a hervir depende de la presión del sistema,
entre mayor sea esta última, mayor será la temperatura a la que hervirá. A presiones
menores la temperatura de saturación disminuye, tal es el caso de nuestra ciudad. Esto
ocasiona que la cocción de los alimentos tarde más tiempo que lo que tarda a nivel del
mar.
Al nivel del mar, la presión atmosférica estándar es de 1 atm (101.325 kPa) y el agua
hierve a aproximadamente 100°C; la olla de presión trabaja a presiones aproximadas
de 3 atm absolutas (304.1 kPa); de tablas de vapor observamos que la temperatura de
saturación para dicha presión está ligeramente por encimade los 130°C. Estoocasiona
que los tiempos de cocción sean más cortos y se ahorre energía en la cocción.
El funcionamiento consiste en que el recipiente tiene una válvula que libera el vapor
cuando la presión llega al límite establecido; normalmente, la presión levanta un tope
permitiendo que el vapor escape, manteniendo la presión constante (y por lo tanto la
temperatura) durante el tiempo de cocción. Además tiene otra válvula de seguridad
regulada a una presión superior a la normal de funcionamiento, porque si la temperatura
interna (y por tanto, la presión) es demasiado alta, funcionaría esta válvula, dejando
escapar la presión. No es raro que ocurra puesto que ciertos alimentos tienen hojas
que pueden obstruir el orificio de salida de la válvula de funcionamiento. Las modernas
ollas a presión se fabrican normalmente en aluminio o acero inoxidable.
En las primeras ollas la presión se conseguía mediante un peso calibrado sobre un
orificio de la tapadera de la olla. Actualmente hay ollas cuya válvula funciona mediante
un muelle, como puede verse en la figura.

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Esquema de funcionamiento de una válvula de olla a presión. En condiciones normales el muelle
mantiene la válvula cerrada. A medida que la olla se calienta la presión interior aumenta y empuja la
válvula hasta que la espita queda libre, lo que permite la salida de los gases (aire y vapor de agua)
al exterior y limita la presión en el interior. El pequeño tamaño del orificio de salida produce el
característico silbido de las ollas antiguas, por el cual también se les llama "olla pitadora".
Las condiciones de presión y temperatura en el interior de la olla a presión (1→2) impiden la
ebullición del líquido, salvo si se enfría rápidamente el vapor de agua provocando un rápido
descenso de la presión (2→3).