Este documento presenta 4 ejercicios de termodinámica resueltos por Victor Hugo Aponte para su profesor Alberto Horlacher. Incluye cálculos para determinar los requerimientos energéticos de duchas, la cantidad de gas requerido para producir vapor, y aplica la primera ley de la termodinámica a equipos como calderas, intercambiadores de calor y turbinas. Finaliza con un anexo de fórmulas y nomenclatura usadas en termodinámica.

1. INFORME TERMODINAMICA
EJERCICIOS PROPUESTOS
Página 1
Nombre: Victor Hugo Aponte
Profesor: Alberto Horlacher
Fecha: Viernes de 21 Diciembre de 2012

2. Página 2
INDICE
Objetivo…………………………………………………..3
Ejercicio 1………………………………………………..4
Ejercicio 2……………………………………………… 5
Ejercicio 3……………………………………………… 6
Ejercicio 4……………………………………………… 9
Anexo………………………………………………….. 13

3. Página 3
Objetivo
El objetivo de este informe es demostrar el uso practico de la termodinámica
dentro de las situaciones cotidianas de la vida real a las cuales nos
enfrentamos.

4. 1.-Determinar los requerimientos energéticos para atender las
necesidades de agua caliente de una empresa con duchas para 50
personas.
Página 4
Datos: Agua ducha (35°C)
Agua ambiente (10°C)
Caudal de agua (10l. por minuto)
ΔT
Precio del kw = 95,2
Q = 10 x 1 (35- 10)
Q = 250 (kcal/min)
Qm = 250/0,9
Qm = 277,8 (kcal/min)
Qfinal = 277.8 x 5
Qfinal = 1389 Kcal por personas
W 1(kcal) = 0,001162 (kwh)
1389 x 0,001162 = 1,6140 (kwh)
Q = 1,6 x 50 = 80 (kwh)
Por lo tanto, el costo diario sería: 80 x 95,2 = $7.616 pesos

5. 2.-Determinar la cantidad de gas que se requiere para producir 1000 kg.
De vapor sobrecalentado a 10 atm. Y 400°C, el agua inicialmente se
encuentra a 20°C. La caldera tiene un rendimiento del 85%. ¿Cuánto se
gaste el combustible si opera 200 h/mes?
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Mv = 1.000 kg
T2 = 400 ºC
P2 = 10 bar
U2 = 2957,9 (kJ/kg)
T1 = 293 K
Kp = 4,184 (kJ/kg x K)
U1 = Cp x T1 = 1225,9 (kJ/kg)
q = U2 – U1 = 1731,988 (kJ/kg)
Q = q1 x mv = 1,73 GrJ
Qmol = Q / 0,85 GrJ
PCI(glp) = 46.024 kJ/kg
m(glp) = Qreal/PCI = 44,27 kg glp

6. 3.-En el diagrama de la figura que corresponde a un ciclo simple de vapor
de una central térmica de 500 Kw, se usa petróleo F.0 #6 de Pcip = 9400
(Kcal/kg).
-Determinar el flujo de vapor y rendimiento del grupo.
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1)
Liquido Saturado = 7 bar
h1 = 697 kJ/kg
2)
W(12) = Vr (P2-P1)
V1 = 0,0011080 m^3/kg
P1 = 700 Kpa ; P2 = 4.000 Kpa
W(12) = 3,66 kJ//kg
h2 = h1 + W(12) = 700,66 (kJ/kg)
3)
h3 = 3214,5 (kJ/kg) (vapor sobrecalentado)
q(23) = h3 – h2 = 2513,84
S3 = 6,77 (kJ/(kg x K))
4)
S4 = S3 = (6,77 kJ/(kg x K))
P4 = 700 Kpa
Interpolando: h(45) = 2800 kJ/kg)
W(31) = h(3) – h(45) = 414,5 kJ/kg

7. W(34) real = 0,8 x W(45) = 331,6 (kJ/kg)
h4 = h(3) – W(34) real = 2882,9 (kJ/kg)
Página 7
5)
P = 0,06 bar
S3 = Xg x Sg + (1 - Xg) x SL
Sg = 8,329 ; SL = 0,52082
Xg = 0,8
H5 = Xg x hg + (1- Xg) x hL
= 0,8 x 2566,6 + 0,2 x 151,48
= 2084,4 (kJ/kg)
W(35) real = 0,8 x ( h(35) – h(55))
= 901,08 (kJ/kg)
(W(34) x m4 + (W(35) x m5) x 0,95) - 50.000
m4 + m5 = m1
6)
liquido saturado 35ºC
h6 = 146,63 (kJ/kg)
7)

8. Página 8
W(67) = V6 x (P7 – P6)
V6 = 0,0010065 m^3/kg
W(67) = 0,6985 (kJ/kg)
h7 = h(6) + W(67) = 147,33 (kJ/kg)
IC:
h7 x m7 + h4 x2835 m4 = h1 x m1
(W(34) x m4 + W(35) x m5) x 0,95 = 50.000
m5 = m7
m4 + m5 = m1
Por lo tanto:
mv = 67 kg/s
m1 = 13,5 (kg/s)
m7 = m5 = 53,6 (kg/s)
Finalmente:
Rendimiento = Wt/q1n
= 50.000/ m1 x q(23)/0,8 = 23,7 %

9. 4.-Aplicar la primera ley de la termodinámica para los siguientes equipos
y maquinas:
-Caldera vapor saturado.
-Intercambiador de calor.
-Bomba centrífuga.
-Compresor de aire refrigerado con agua.
-Olla a presión.
-Turbina a vapor.
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Caldera vapor saturado
Δ푧 = 0 ; Δ푣 = 0 ; 푤 = 0
Δv=0  푚̇ 1 = 푚̇ 2 = 푚̇ 3
in = 푚̇ (푙1 + 푙2) = 0
푄̇
Ej.-
Agua a 50 bar y 20°C, se quiere llegar a 50 bar y 300°C, por la caldera 100
kg/seg.
푙1 = 88,65
퐾푗
푘푔
푙2 = 2925,7
푘푗
푘푔
푚̇ 1 = 100
퐾푔
푠푒푔
푄̇in= 100Kg/s(2925,7-88,65)Kj/Kg
푄̇in=283705 KW.
Intercambiador de calor

10. Δ푧 = 0 ; Δ푣 = 0 ; 푤 = 0
Página
10
Δv=0  푚̇ 푒 = 푚̇ 푠 = 푚̇
푄̇ + 푚̇ 푒ℎ푒 − 푚̇ 푠ℎ푠 = 0
푄̇ + 푚̇ (ℎ푒 − ℎ푠) = 0
Ej.-
(Q es el calor absorbido por el aire)
푚̇ =
1퐾푔
푠
*vapor a 1 bar y 300°c, se quiere enfriar a 200°c
he = 3076,7 Kj/Kg
hs = 2879,6 Kj/Kg
 푄̇ = 197,1 퐾푗
푠푒푔
Bomba centrifuga
Δ푧 = 0 ; Δ푣 = 0 ; 푄̇ = 0
Δv=0  푚̇ 푒 = 푚̇ 푠 = 푚̇
푤̇ + 푚̇ 푒ℎ푒 − 푚̇ 푠ℎ푠 = 0
푤̇+ 푚̇ (ℎ푒 − ℎ푠) = 0
w = Δ푣
Δ푤 = 푃Δ푣
Ej.-
Liquido saturado a 2 bar, se quiere comprimir a 7 bar, ¿Cuál es el trabajo y
entalpia de la bomba?
he = 417,5 Kj/Kg
V = 0,0010432 푚3/Kg

11. Página
11
Wb = V (Ps – Pe)
Wb = 0,5216 Kj/Kg
hs = Wb+he
hs = 419,4 Kj
Olla a presión
Δ푧 = 0 ; Δ푣 = 0 ; 푤̇ = 0
푚̇ 푒 = 푚̇ 푠 = 0
푄̇ =
Δ푈
푡
Δ푈 = 푚 ∗ 퐶(Δ푡)
푄̇ = 푚퐶(Δ푡/푡)
Ej.-
Se quiere cocinar a 150°C ¿cuánto demoran 2kg de agua en llegar a esa temp.
Si parte a 20°C y se le inyecta una potencia de 1800Kw?
1800Kw = [2Kg*4180(150-20)°C]/t
T = 603, 7 seg.
Compresor de aire refrigerado
Δ푧 = 0 ; Δ푣 = 0 ; 푄̇ = 0
Δv=0  푚̇ 푒 = 푚̇ 푠 = 푚̇
푤̇ + 푚̇ 푒ℎ푒 − 푚̇ 푠ℎ푠 = 0

12. Página
12
푤̇+ 푚̇ (ℎ푒 − ℎ푠) = 0
Ej.-
En un compressor entra 10kg/seg. De aire a 100Kpa y 15°C, si sale a 1MPa,
¿cuál será el trabajo del compresor?
푡푠
푡푒
*(푃푠/푃푒)
푘−1
푘
ts = 556K
h = Cp T
Δℎ푒푠 = Cp ( Ts-Te )
Cp= 1,01 Kj/kg k
Δℎ푒푠 =
270퐾푗
퐾푔
푤̇ = 푚̇ Δℎ = 2700 KW
Turbina
Δ푧 = 0 ; Δ푣 = 0 ; 푄̇ = 0
Δv=0  푚̇ 푒 = 푚̇ 푠 = 푚̇
푤̇ + 푚̇ (ℎ푒 − ℎ푠) = 0
Ej.-
Vapor sobrecalentado a 8 bar y 400°C, sale de la turbina a 2 bar con un flujo
de 2Kg/seg, ¿Cuál es su potencia?
he = 3267,6 Kj/Kg
hs = 2806,2 Kj/Kg
푚̇ =
2퐾푔
푠푒푔
 푤̇ = 1122,8 퐾푊

13. A
0

Página
13
Anexo.-
Formulas y nomenclatura
lo : largo original entre marcas [mm]
do : diámetro original [mm]
Fel : carga en límite elástico [N]
Fmáx : carga máxima [N]

d
Ao : sección original [mm2]
4
2
0

Fel
el : esfuerzo en límite elástico [MPa]
0 A
 el 
Fmáx
máx : Resistencia a la tracción [MPa]
0 A
máx  
0
l l f 
 
 : Deformación unitaria (-)
0
l
Calor de entrada: 푄̇in = 푚̇ (푙1 + 푙2) = 0
Calor absorbido: 푄̇ + 푚̇ 푒ℎ푒 − 푚̇ 푠ℎ푠 = 0
Trabajo calórico: Wb = V (Ps – Pe)
Trabajo comprimido: 푤̇ + 푚̇ 푒ℎ푒 − 푚̇ 푠ℎ푠 = 0