Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 5
Solución Se comprime aire en forma estacionaria mediante un compresor
hasta una temperatura y presión especificadas. Se determinará el requerimento
de potencia al compresor.
Suposiciones 1 Éste es un proceso de flujo estacionario puesto que no hay
cambio con el tiempo en ningún punto, por lo tanto m VC 0 y E VC 0.
2 El aire es un gas ideal porque está a temperatura alta y presión baja en
relación con sus valores de punto crítico. 3 Los cambios de energía cinética y
potencial son cero, ec ep 0.
Análisis Se considera al compresor como el sistema (Fig. 5-27), el cual es un
volumen de control porque la masa cruza su frontera durante el proceso. Se
observa que solamente hay una entrada y una salida, por lo tanto ṁ 1 ṁ 2 ṁ.
Asimismo, el sistema cede calor y se suministra trabajo al mismo.
Bajo las suposiciones y observaciones expresadas, el balance de energía para
este sistema de flujo estacionario se puede expresar en la forma de tasa como
E # entrada E # salida
⎫
⎪
⎪
⎪
⎬⎪⎪⎪⎭
Tasa de transferencia de energía neta
por calor, trabajo y masa
dE sistema >dt 0
¡ 0 (estable)
⎫
⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎭
Tasa de cambio de energías interna,
cinética, potencial, etcétera
q salida = 16 kJ/kg P 2 = 600 kPa
T 2 = 400 K
Aire
˙
m = 0.02 kg/s
P 1 = 100 kPa
T 1 = 280 K
FIGURA 5-27
Esquema para el ejemplo 5-6.
˙
W entrada = ?
E # entrada E # salida
W # entrada m # h 1 Q # salida m # h 2 1puesto que ¢ec ¢ep 02
W # entrada m # q salida m # 1h 2 h 1 2
La entalpía de un gas ideal depende sólo de la temperatura, de modo que las
entalpías del aire a las temperaturas especificadas se determinan de la tabla
para el aire (tabla A-17)
h 1 h a 280 K 280.13 kJ/kg
h 2 h a 400 K 400.98 kJ/kg
Sustituyendo, la entrada de potencia al compresor se determina como
#
W entrada 10.02 kg/ s 2116 kJ/kg 2 10.02 kg/ s 21400.98 280.132 kJ/kg
2.74 kW
Comentario Observe que la entrada de energía mecánica al compresor se
manifiesta mediante un aumento en la entalpía del aire y una pérdida de calor
desde el compresor.
EJEMPLO 5-7 Generación de potencia mediante
una turbina de vapor
La salida de potencia de una turbina de vapor adiabática es 5 MW, mientras
que las condiciones de entrada y salida del vapor de agua son como se indica
en la figura 5-28.
a) Compare las magnitudes de h, ec y ep.
b) Determine el trabajo hecho por unidad de masa del vapor de agua que
fluye por la turbina.
c) Calcule el flujo másico del vapor.
Solución Están dadas las condiciones de entrada y salida de una turbina de
vapor, así como su potencia de salida. Se determinarán los cambios en las
energías cinética y potencial y la entalpía del vapor, así como el trabajo hecho
por unidad de masa y el flujo másico del vapor.
Suposiciones 1 Éste es un proceso de flujo estacionario porque no hay cambio
con el tiempo en ningún punto, de modo que m VC 0 y E VC 0. 2 El
sistema es adiabático, por lo tanto no hay transferencia de calor.
P 1 = 2 MPa
T 1 = 400 °C
V 1 = 50 m/s
z 1 = 10 m
Turbina
de vapor
de agua
P 2 = 15 kPa
x 2 = 90%
V 2 = 180 m/s
z 2 = 6 m
FIGURA 5-28
Esquema para el ejemplo 5-7.
˙
W salida = 5 MW