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- 1. Turbinas y Compresores de aire Hidráulica y Neumática
- 2. Balance de Energía 𝑊1 + 𝑄1 + 𝑘1 = 𝑊2 + 𝑄2 + 𝑘2 donde 𝑊es la potencia mecánica, en KW 𝑄 es la potencia calorífica, en KW 𝐾 es la potencia del fluido, en KW
- 3. Balance de Energía Si desarrollamos 𝑘 = 𝑚 𝑘 = 𝑚 𝐻 + 𝑢2 2 + 𝑔𝑧 Si tenemos que 𝑘1 = 𝑘2 Entonces 𝑚 𝐻1 + 𝑢1 2 2 + 𝑔𝑧1 = 𝑚 𝐻2 + 𝑢2 2 2 + 𝑔𝑧2
- 4. Balance de Energía Reescribiendo 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 + 𝑔 𝑧2 − 𝑧1 = 0 Entonces el balance de energía se puede escribir como 𝑊2 − 𝑊1 + 𝑄2 − 𝑄1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 + 𝑔 𝑧2 − 𝑧1 = 0
- 5. • Para compresores 𝑊1 > 0 𝑊2 = 0 𝑄1−2~0 Balance de Energía
- 6. Balance de energía • Para turbinas 𝑊1 = 0 𝑊2 > 0 𝑄1−2~0
- 7. Entalpía • La entalpía es la energía disponible para realizar un trabajo. 𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉 → 𝐻 = 𝑓 𝑇 Para aire, y para temperaturas menores de 430 K 𝐻 𝑇 = 𝑥 𝐾 ≈ 𝑥 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Para aire, y para temperaturas mayores de 430 K buscar en tabla A17 de Termodinámica de Cengel.
- 8. Compresor de aire • Un compresor de aire es un dispositivo, que puede funcionar de distintas maneras, pero el objetivo es el mismo: elevar la presión del aire. • Un compresor de aire es similar a una bomba: ambos elevan la presión del fluido (bombas, líquidos; compresor, gases) y transportan el fluido a través de una tubería. • El compresor, además de elevar la presión, también reduce el volumen del gas. • En algunos casos se puede usar un tanque de almacenamiento donde se estabilizará la presión del aire y se irá extrayendo de acuerdo a las necesidades. El compresor se activa cuando la presión es baja y se detiene cuando alcanza su presión consignada.
- 9. Clasificación de los compresores de aire • Según la presión que manejan: • Compresores de baja presión: 150 psi o menos • Compresores de presión media: de 151 a 1000 psi • Compresores de alta presión: más de 1000 psi • Según el diseño y principio de operación: • Compresor reciprocante de una etapa • Compresor reciprocante de dos etapas • Compresor de tornillo rotatorio • Compresor de álabes rotatorias • Compresor de rodillo rotatorio • Compresor centrífugo • Turbocompresor
- 10. Compresor - Ejercicio Aire entra a un compresor a condiciones ambiente de 100 KPa y 25°C con una velocidad baja y sale a 1 MPa y 347°C con una velocidad de 90 m/s. El compresor se enfría con una velocidad de 1500 KJ/min y la potencia que se le da al compresor es de 250 KW. Determina el flujo másico de aire que pasa por el compresor.
- 11. 𝑊2 − 𝑊1 + 𝑄2 − 𝑄1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 + 𝑔 𝑧2 − 𝑧1 = 0 Adecuando para este ejercicio −𝑊1 + 𝑄2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 Compresor - Ejercicio
- 12. 𝐻1 𝑇1 = 298.15𝐾 = 298.33075 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 298,330.75 𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 620.15𝐾 = 628.2284 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 628,228.4 𝐽 𝐾𝑔 Sustituyendo − 250𝐾𝑊 × 1000𝑊 1 𝐾𝑊 + 1500 𝐾𝐽 𝑚𝑖𝑛 × 1000𝐽 1𝐾𝐽 × 1𝑚𝑖𝑛 60𝑠 + 𝑋 628,228.4 𝐽 𝐾𝑔 − 298,330.75 𝐽 𝐾𝑔 + 90 𝑚 𝑠 2 − 0 2 = 0 Compresor - Ejercicio
- 13. Resolviendo para X 𝑋 = 𝑚 = 0.67376 𝐾𝑔 𝑠 Compresor - Ejercicio
- 14. • Aire a 100 KPa y 280 K se comprime a 600 KPa y 400 K. El flujo másico del aire es de 0.02 Kg/s y hay una pérdida de calor de 16 KJ/Kg durante el proceso. Suponiendo que los cambios en la energía potencial y en la energía cinética son insignificantes, calcula la potencia que requiere el compresor. Compresor - Ejercicio
- 15. 𝑊2 − 𝑊1 + 𝑄2 − 𝑄1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 + 𝑔 𝑧2 − 𝑧1 = 0 Adecuando la ecuación a este problema −𝑊1 + 𝑄2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0 Compresor - Ejercicio
- 16. Desarrollando 𝑄2 𝑄2 = 𝑚𝑄2 = 0.02 𝐾𝑔 𝑠 × 16 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 0.32 𝐾𝐽 𝑠 Buscando entalpías 𝐻1 𝑇1 = 280 𝐾 = 280.13 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 400 𝐾 = 400.98 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Compresor - Ejercicio
- 17. Sustituyendo −𝑋 + 0.32 𝐾𝐽 𝑠 + 0.02 𝐾𝑔 𝑠 400.98 𝐾𝐽 𝐾𝑔 − 280.13 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝑊1 = 2.737 𝐾𝑊 Compresor - Ejercicio
- 18. Ejercicios de obtención de entalpía de aire • Recordatorio 𝑆𝑖 𝑇 < 400𝐾 → 𝐻 𝑇 = 𝑥 𝐾 = 𝑥 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝑆𝑖 𝑇 ≥ 400𝐾 → 𝐻 𝑇 = 𝑥𝐾 = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎
- 19. a) T = 30°C 𝐻 𝑇 = 303.15𝐾 = 303.3589 𝐾𝐽 𝐾𝑔 b) T = 1254°C 𝐻 𝑇 = 1527.15𝐾 = 1668.9101 𝐾𝐽 𝐾𝑔 c) T = 654°C 𝐻 𝑇 = 927.15𝐾 = 963.43805 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Ejercicios de obtención de entalpía de aire
- 20. T = 600°C 𝐻 𝑇 = 873.15𝐾 = 902.925675 𝐾𝐽 𝐾𝑔 T= 720°C 𝐻 𝑇 = 993.15𝐾 = 1038.234425 𝐾𝐽 𝐾𝑔 T = 200°C 𝐻 𝑇 = 473.15𝐾 = 475.46875 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Ejercicios de obtención de entalpía de aire
- 21. Problemas de obtención de temperatura • Recordatorio 𝑆𝑖 𝐻 < 400 𝐾𝐽 𝐾𝑔 → 𝑇 𝐻 = 𝑥 𝐾𝐽 𝐾𝑔 ≈ 𝑥 𝐾 𝑆𝑖 𝐻 ≥ 400 𝐾𝐽 𝐾𝑔 → 𝑇 𝐻 = 𝑏𝑢𝑠𝑐𝑎𝑟 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎
- 22. Calcula la temperatura de 1225 𝐾𝐽 𝐾𝑔 → 1154.929336 𝐾 732.17 𝐾𝐽 𝐾𝑔 → 717.541744 𝐾 513.45 𝐾𝐽 𝐾𝑔 → 510.1260912 𝐾 Problemas de obtención de temperatura
- 23. Obtención de temperatura y entalpía • Obtener la temperatura a partir de: 812.25 𝐾𝐽 𝐾𝑔 → 791.149635 𝐾 677.93 𝐾𝐽 𝐾𝑔 → 666.9915651 𝐾 • Obtener la entalpía a partir de 622 𝐾 → 630.182 𝐾𝐽 𝐾𝑔 912 𝐾 → 946.4 𝐾𝐽 𝐾𝑔
- 24. Obtener valores en función del valor numérico Por valor numérico 357 𝐾 → 357 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Por tabla 357 𝐾 → 357.553 𝐾𝐽 𝐾𝑔
- 25. Por valor numérico 912 𝐾 → 912 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Por tabla 912 𝐾 → 946.4 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Obtener valores en función del valor numérico
- 26. Turbina - Ejercicio Aire fluye constantemente a través de una turbina adiabática entrando a 150 psia, 900°F y 350 ft/s y saliendo a 20 psia, 300°F y 700 ft/s. El área de entrada de la turbina es de 0.1 ft2. Determina a) el flujo másico de aire y b) la potencia de salida de la turbina.
- 27. Turbina - Ejercicio Datos: 𝑃1 = 150 𝑝𝑠𝑖𝑎 = 1033 13 14 𝐾𝑃𝑎 𝑇1 = 900°𝐹 = 755 67 180 𝐾 𝑢1 = 350 𝑓𝑡 𝑠 = 106.68 𝑚 𝑠 𝑃2 = 20 𝑝𝑠𝑖𝑎 = 137 6 7 𝐾𝑃𝑎 𝑇2 = 300°𝐹 = 422 7 180 𝐾 𝑢2 = 700 𝑓𝑡 𝑠 = 213.36 𝑚 𝑠 𝐴 = 0.1𝑓𝑡2 = 9.290304 × 10−3 𝑚2
- 28. a) Flujo másico 𝑚 = 𝜌 ∙ 𝑢 ∙ 𝐴 = 𝑃 𝑅𝐸𝑇 ∙ 𝑢 ∙ 𝐴 𝑃 𝑅𝐸𝑇 ∙ 𝑢 ∙ 𝐴 = 1033 13 14 𝐾𝑃𝑎 0.28828 𝐾𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 𝐾𝑔 ∙ 𝐾 × 755 67 180 𝐾 × 106.68 𝑚 𝑠 × 9.290304 × 10−3 𝑚2 = 4.705737473 𝐾𝑔 𝑠 Turbina - Ejercicio
- 29. b) Potencia 𝑊2 − 𝑊1 + 𝑄2 − 𝑄1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 + 𝑔 𝑧2 − 𝑧1 = 0 Adecuando la ecuación para este ejercicio 𝑊2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 Turbina - Ejercicio
- 30. Obtenemos entalpías 𝐻1 𝑇1 = 755 67 180 𝐾 = 773.14035 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 773,140.35 𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 422 7 180 𝐾 = 423.33355 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 423,333.55 𝐽 𝐾𝑔 Turbina - Ejercicio
- 31. 𝑊2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 Sustituyendo 𝑋 + 4.70574 𝐾𝑔 𝑠 423,333.55 𝐽 𝐾𝑔 − 773,140.35 𝐽 𝐾𝑔 + 213.36 𝑚 𝑠 2 − 106.68 𝑚 𝑠 2 2 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝑊2 = 1,565,768.476 𝑊 = 2098.89 ℎ𝑝 Turbina - Ejercicio
- 32. Turbina - Ejercicio Aire se comprime desde 14.7 psia y 60°F a una presión de 150 psia mientras se enfría con un flujo de 10 BTU/lbm al circular agua por la carcasa del compresor. El flujo volumétrico del aire en la entrada es de 5000 ft3/min y la potencia que requiere el compresor es de 700 hp. Determina a) el flujo másico del aire y b) la temperatura a la salida del compresor. Considera que un BTU= 1055.05585 J (British Thermal Unit)
- 33. 𝑃1 = 14.7 𝑝𝑠𝑖𝑎 = 101.325 𝐾𝑃𝑎 𝑇1 = 60°𝐹 = 288.705556 𝐾 𝑃2 = 150 𝑝𝑠𝑖𝑎 = 1033 13 14 𝐾𝑃𝑎 𝑄2 = 10 𝐵𝑇𝑈 𝑙𝑏𝑚 = 23.25961 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝑉1 = 5000 𝑓𝑡3 𝑚𝑖𝑛 = 2.35974 𝑚3 𝑠 𝑊1 = 700 ℎ𝑝 = 522.2 𝐾𝑊 Turbina - Ejercicio
- 34. Calcular flujo másico 𝑚 = 𝜌 ∙ 𝑉 = 𝑃 𝑅𝐸 ∙ 𝑇 ∙ 𝑉 𝑃 𝑅𝐸 ∙ 𝑇 ∙ 𝑉 = 101.325 𝐾𝑃𝑎 0.28828 𝐾𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 𝐾𝑔 ∙ 𝐾 × 288.70556 𝐾 × 2.35974 𝑚3 𝑠 = 2.87284 𝐾𝑔 𝑠 Turbina - Ejercicio
- 35. Turbina - Ejercicio Calcular la temperatura de salida −𝑊1 + 𝑚𝑄2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0 −522.2 𝐾𝐽 𝑠 + 2.87284 𝐾𝑔 𝑠 × 23.25961 𝐾𝐽 𝐾𝑔 + 2.87284 𝐾𝑔 𝑠 𝑋 − 288.70556 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 0 Resolviendo para 𝑥 𝑥 = 𝐻2 = 447.2172982 𝐾𝐽 𝐾𝑔
- 36. Balance de energía - ejercicio Calcula la velocidad con la que saldrá un chorro de gasolina si se presiona a 500 KPa, con una velocidad inicial de 0 m/s cuando la cámara de combustión se encuentra a 4 psi, la densidad de la gasolina es de 740 kg/m3
- 37. El balance de energía del fluido es: 𝑃2 − 𝑃1 𝜌 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 + 𝑔 𝑧2 − 𝑧1 = 0 Adecuando para este problema: 𝑃2 − 𝑃1 𝜌 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 → 𝑃2 − 𝑃1 𝜌 + 𝑋2 − 𝑢1 2 2 = 0 Balance de energía - ejercicio
- 38. Sustituyendo 𝑃2 − 𝑃1 𝜌 + 𝑋2 − 𝑢1 2 2 = 0 4𝑝𝑠𝑖 × 101,325 𝑃𝑎 14.7 𝑝𝑠𝑖 − 500 𝐾𝑃𝑎 × 1000 𝑃𝑎 1 𝐾𝑃𝑎 740 𝐾𝑔 𝑚3 + 𝑋2 − 0 𝑚 𝑠 2 2 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝑢2 = 35.733 𝑚 𝑠 Balance de energía - ejercicio
- 39. Balance de energía - Ejercicio Calcula la velocidad con la que sale una corriente de aire de un tanque de almacenamiento donde se encuentra a 110 psi a 25°C y al salir por la válvula baja su temperatura a 21°C
- 40. El balance de energía es 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 + 𝑔 𝑧2 − 𝑧1 = 0 Adecuando la ecuación para el problema 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 → 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑋2 − 𝑢1 2 2 = 0 Balance de energía - Ejercicio
- 41. Usando el valor numérico de la temperatura para obtener la entalpía: 𝐻1 𝑇1 = 25°𝐶 = 298.15𝐾 = 298.33075 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 21°𝐶 = 294.15𝐾 = 294.3183 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Balance de energía - Ejercicio
- 42. Sustituyendo 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑋2 − 𝑢1 2 2 = 0 294.15 𝐾𝐽 𝐾𝑔 − 298.15 𝐾𝐽 𝐾𝑔 × 1000 𝐽 1 𝐾𝐽 + 𝑋2 − 0 𝑚 𝑠 2 2 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝑢2 = 89.4427191 𝑚 𝑠 Balance de energía - Ejercicio
- 43. Usando valores de tablas 𝐻1 𝑇1 = 298.15 𝐾 = 298.33075 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 294.15 𝐾 = 294.3183 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Balance de energía - Ejercicio
- 44. Sustituyendo 294.3183 𝐾𝐽 𝐾𝑔 − 298.33075 𝐾𝐽 𝐾𝑔 × 1000 𝐽 1 𝐾𝐽 + 𝑋2 − 0 𝑚 𝑠 2 2 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝑢2 = 89.58181 𝑚 𝑠 Balance de energía - Ejercicio
- 45. Balance de energía - ejercicio • Calcula la temperatura de salida de una corriente de aire que se desacelera en un turbina de 200 m/s a 3 m/s si la temperatura inicial del aire es de 85°C.
- 46. El balance de energía para este problema 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 → 𝑋 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 𝐻1 = (𝑇1 = 85°𝐶 = 358.15𝐾) ≈ 358.15 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Sustituyendo 𝑋 − 358.15 × 1000 𝐽 1 𝐾𝐽 + 3 𝑚 𝑠 2 − 200 𝑚 𝑠 2 2 = 0 Balance de energía - ejercicio
- 47. Resolviendo para X 𝑋 = 𝐻2 = 378.1455 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝑇2 𝐻2 = 378.1455 𝐾𝐽 𝐾𝑔 ≈ 378.1455𝐾 Balance de energía - ejercicio
- 48. Balance de energía - Ejercicio • Calcula la temperatura de salida y la potencia que producirá una turbina que admite aire a una presión de 500 psi y una temperatura de 600 K con una velocidad de 350 m/s. La salida de la turbina baja a presión atmosférica y la velocidad del aire es, prácticamente, de 0 m/s. La línea de entrada a la turbina es de 1” de diámetro.
- 49. Balance de energía - Ejercicio El balance de energía adecuado para este problema: 𝑊2 = 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 Calcular el flujo másico: 𝑚 = 𝜌1𝐴1𝑢1 = 𝑃1 𝑅𝐸 ∙ 𝑇1 ∙ 𝐴1 ∙ 𝑢1
- 50. Sustituyendo 𝑃1 𝑅𝐸 ∙ 𝑇1 ∙ 𝐴1 ∙ 𝑢1 = 500 𝑝𝑠𝑖 × 101.325 𝐾𝑃𝑎 14.7 𝑝𝑠𝑖 0.28828 𝐾𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 𝐾𝑔 ∙ 𝐾 × 600 𝐾 × 𝜋 4 1 𝑖𝑛 × 0.0254 𝑚 1 𝑖𝑛 2 × 350 𝑚 𝑠 𝑅𝐸 = 𝑅 𝑃𝑀 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑅𝐸 = 8.314 𝐾𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 𝐾𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 28.84 𝐾𝑔 𝐾𝑚𝑜𝑙 = 0.28828 𝐾𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 𝐾𝑔 ∙ 𝐾 Balance de energía - Ejercicio
- 51. Resolviendo el flujo másico 𝑚 = 3.533691456 𝐾𝑔 𝑠 Balance de energía - Ejercicio
- 52. Obtener entalpías 𝐻1 𝑇1 = 600 𝐾 = 607.02 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Resolviendo para 𝐻2 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 → 𝑋 − 607.02 𝐾𝐽 𝐾𝑔 × 1000 𝐽 1 𝐾𝐽 + 0 𝑚 𝑠 2 − 350 𝑚 𝑠 2 2 = 0 𝑋 = 𝐻2 = 668.27 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Balance de energía - Ejercicio
- 53. Calculando la potencia generada 𝑊2 = 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 → 3.53369 𝐾𝑔 𝑠 668.27 𝐾𝐽 𝐾𝑔 − 607.02 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝑊2 = 216.4386017 𝐾𝑊 = 290.1321738 ℎ𝑝 Balance de energía - Ejercicio
- 54. • La potencia que producirá una turbina que admite aire a una presión de 500 psi y una temperatura de 750 K con una velocidad de 350 m/s. La salida de la turbina baja a presión atmosférica, la temperatura sube a 1050 K y la velocidad del aire es, prácticamente, de 0 m/s. La línea de entrada a la turbina es de 0.75” de diámetro. Balance de energía - Ejercicio
- 55. Calcular el flujo másico 𝑚 = 𝑃 𝑅𝐸𝑇 ∙ 𝐴 ∙ 𝑢 = 500 𝑝𝑠𝑖 × 101.325 𝐾𝑃𝑎 14.7 𝑝𝑠𝑖 0.28828 𝐾𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 𝐾𝑔 ∙ 𝐾 × 750𝐾 × 𝜋 4 0.75𝑖𝑛 × 0.0254 𝑚 1 𝑖𝑛 2 × 350 𝑚 𝑠 𝑚 = 1.590162 𝐾𝑔 𝑠 Balance de energía - Ejercicio
- 56. Obtener entalpías 𝐻1 𝑇1 = 750𝐾 = 767.29 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 767,290 𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 1050 𝐾 = 1103.355 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 1,103,355 𝐽 𝐾𝑔 Balance de energía - Ejercicio
- 57. Calcular la potencia 𝑊2 = 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 Sustituyendo 𝑊2 = 1.590162 𝐾𝑔 𝑠 1,103,355 𝐽 𝐾𝑔 − 767,290 𝐽 𝐾𝑔 𝑊2 = 534,397.5086𝑊 = 716.3505478 ℎ𝑝 Balance de energía - Ejercicio
- 58. Compresor - ejercicio Calcula el flujo másico que puede mover un compresor que aspira aire a 1 atm y 25°C y lo presiona a 110 psi y se calienta a 85°C. El compresor requiere de una potencia de 3 hp. Para este ejercicio −𝑊1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0
- 59. Buscar los valores de entalpía 𝐻1 𝑇1 = 25°𝐶 = 298.15𝐾 = 298.33075 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 85°𝐶 = 358.15 𝐾 = 358.71335 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Compresor - ejercicio
- 60. Sustituyendo valores −𝑊1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0 −3ℎ𝑝 × 0.746 𝐾𝑊 1 ℎ𝑝 + 𝑋 358.71335 𝐾𝐽 𝐾𝑔 − 298.33075 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝑚 = 0.0370636574 𝐾𝑔 𝑠 Compresor - ejercicio
- 61. Turbina - Ejercicio Calcula la temperatura de salida de una turbina que aspira aire a 600°C y 520 KPa y sale a una presión de 115 KPa, manejando un flujo de 0.05 Kg/s y entrega una potencia de 7 hp. Para este problema 𝑊2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0
- 62. Obtener la entalpía de admisión 𝐻1 𝑇1 = 600°𝐶 = 873.15𝐾 = 902.925675 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Sustituyendo en la ecuación 𝑊2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0 7ℎ𝑝 × 0.746 𝐾𝑊 1 ℎ𝑝 + 0.05 𝐾𝑔 𝑠 𝑋 − 902.925675 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 0 Turbina - Ejercicio
- 63. Resolviendo para X 𝑋 = 𝐻2 = 798.485675 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Obtener 𝑇2 𝑇2 𝐻2 = 798.485675 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 778.5864 𝐾 Turbina - Ejercicio
- 64. Compresor - Ejercicio Calcula la temperatura de salida de un compresor de aire que mueve 1.3 Kg/s aspirándolo desde una presión de 11 psi hasta una presión de 250 psi. La temperatura de entrada del aire es de 30°C; consume 12 hp. −𝑊1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0 Buscamos la entalpía de entrada 𝐻1 𝑇1 = 30°𝐶 = 303.15 𝐾 = 303.3589 𝐾𝐽 𝐾𝑔
- 65. Sustituyendo −𝑊1 + 𝑚 𝐻2 + 𝐻1 = 0 −12 ℎ𝑝 × 0.746 𝐾𝑊 1 ℎ𝑝 + 1.3 𝐾𝑔 𝑠 𝑋 − 303.3589 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝐻2 = 310.2450538 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Compresor - Ejercicio
- 66. Buscamos la temperatura de salida 𝑇2 𝐻2 = 310.2450538 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 310.0050237 𝐾 Compresor - Ejercicio
- 67. Turbina - Ejercicio Calcular la potencia que entrega una turbina, en hp, si admite aire comprimido a 820 K y 750 KPa y sale a 350 K y 240 KPa, pero para mantener presión en la línea se calienta con 45 KJ/Kg para un flujo de 0.245 Kg/s. 𝑊2 − 𝑚 ∙ 𝑄1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0 Buscamos entalpías 𝐻1 𝑇1 = 820 𝐾 = 843.98 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 350 𝐾 = 350.49 𝐾𝐽 𝐾𝑔
- 68. Sustituyendo 𝑊2 − 𝑚 ∙ 𝑄1 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 = 0 𝑋 − 0.245 𝐾𝑔 𝑠 × 45 𝐾𝐽 𝐾𝑔 + 0.245 𝐾𝑔 𝑠 350.49 𝐾𝐽 𝐾𝑔 − 843.98 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝑊2 = 131.93005𝐾𝑊 = 176.85 ℎ𝑝 Turbina - Ejercicio
- 69. Balance de energía - Ejercicio Un compresor de aire reciprocante admite aire a razón de 0.15 Kg/s a una presión de 11 psi y una temperatura de 25°C. Al comprimirse el aire se calienta a 90°C mientras se disipa calor a razón de 10 KJ/s. Calcula la velocidad con la que el compresor succiona al aire. 𝑄2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0
- 70. Buscamos las entalpías 𝐻1 𝑇1 = 25°𝐶 = 298.15𝐾 = 298.33075 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 298,330.75 𝐽 𝐾𝑔 𝐻2 𝑇2 = 90°𝐶 = 363.15 𝐾 = 363.75835 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 363,758.35 𝐽 𝐾𝑔 Balance de energía - Ejercicio
- 71. Sustituyendo 𝑄2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 + 𝑢2 2 − 𝑢1 2 2 = 0 10,000 𝐽 𝑠 + 0.15 𝐾𝑔 𝑠 363,758.35 𝐽 𝐾𝑔 − 298,330.75 𝐽 𝐾𝑔 + 0 𝑚 𝑠 2 − 𝑋2 2 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝑢1 = 514 𝑚 𝑠 Balance de energía - Ejercicio
- 72. Compresor - Ejercicio Calcula la temperatura de salida de un compresor que comprime 0.065 Kg/s de aire desde una temperatura de 20°C y 14.7 psi hasta 150 psi cuando se mantiene con un enfriamiento de 25 KJ/Kg y consume una potencia de 6 hp. −𝑊1 + 𝑚 ∙ 𝑄2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 Buscamos la entalpía inicial 𝐻1 𝑇1 = 20°𝐶 = 293.15𝐾 = 293.3163 𝐾𝐽 𝐾𝑔
- 73. Sustituyendo −𝑊1 + 𝑚 ∙ 𝑄2 + 𝑚 𝐻2 − 𝐻1 −6ℎ𝑝 × 0.746 𝐾𝑊 1 ℎ𝑝 + 0.065 𝐾𝑔 𝑠 × 25 𝐾𝐽 𝐾𝑔 + 0.065 𝐾𝑔 𝑠 𝑋 − 293.3163 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 0 Resolviendo para X 𝑋 = 𝐻2 = 337.1778385 𝐾𝐽 𝐾𝑔 Compresor - Ejercicio
- 74. Buscamos la temperatura de salida 𝑇2 𝐻2 = 337.1778385 𝐾𝐽 𝐾𝑔 = 336.7835699 𝐾 Compresor - Ejercicio