Trabajo de Termodinamica II Para La UNT

7/17/2019 Trabajo de Termodinamica II Para La UNT

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Universidad Nacional de Trujillo – Facultad de

Ingeniería

Escuela de Ingeniería Mecánica

1

ANALISI Y AUDIT!IA ENE!"ETI#A DE $!#ESS DE

#M%USTIN – MT!ES – #M$!ESS!ES

&' (ara su)inistrarmaire el aire a la co)*usti+n del co)*usti*le del (ro*le)a & , se

utili-a un co)(resor de dos eta(as con en.ria)iento inter)edio /ue a*sor*e aire a

&001$a 2 &3 ℃ 2 lo co)(ri)e 4asta Pdescarga 'su(onga un (roceso de

co)(resi+n adia*ática 2 deter)ine a5la te)(eratura del aire a la salida del co)(resor

t AIRE *5la (otencia de entrada al co)(resor c5el rendi)iento volu)6trico en

.unci+n de la de)anda de aire co)(ri)ido 780 ,&00 ,900 de aire te+rico5'

9' A una cá)ara de co)*usti+n en condici+n de .lujo esta*le o estacionario, ingresa unco)*usti*le a 9: con un de aire te+rico /ue varía 780 ,&00 ,900

5,con una 4u)edad relativa H aire a una te)(eratura

t AIRE 2 un .lujo )ásico

maire 'la te)(eratura de los gases al .inal de la co)*usti+n est gases 'deter)ine;

a5el calor trans.erido en KJ

Kg de co)*usti*le ' *5el .lujo )ásico de co)*usti*le

'c5el .lujo de calor en <= d5gra.i/ue los resultados del calor trans.erido en .unci+n

del de aire te+rico 'nota ;(ara la co)*usti+n con de.iciencia de aire considere

/ue un 8: al >: del car*ono del co)*usti*le se convierte en )on+?ido decar*ono '

@' un )otor de co)*usti+n interna se )odela )ediante un ciclo dual de aire estándar, el

cual tiene una relaci+n de co)(resi+nrc , las condiciones al inicio de la

co)(resi+n isotr+(ica son 93 ℃ ,&00<$a 2 @'8 litros 'la te)(eratura al .inal del

(roceso de co)*usti+n est gases 2 la cantidad de calor su)inistrado al ciclo es el

calor tras.erido en <= del (ro*le)a de co)*usti+n anterior' #onsidere los calores

es(ecí.icos constantes a @00< 2 deter)ine a5 la (resi+n 2 te)(eratura al .inali-ar el

su)inistro de calor a volu)en constante' *5 el tra*ajo 2 (otencia del )otor (ara un

.lujo )ásico de airemaire 'c5 el rendi)iento t6r)ico del ciclo 'd5 las r() del )otor

(ara esta (otencia 'e5 gra.i/ue los resultados de la (resi+n )edia e.ectiva 2

rendi)iento del ciclo en .unci+n del de aire te+rico'

Universidad Nacional de Trujillo – Facultad de Ingeniería Ter)odiná)ica II




Ingeniería


2

#o)*usti*le

7g5

T gases

7<5

maire

7<gB)in5

H aire

C

rc

Pdescarga

<$a%utano

C 4 H

10>00 8 90 &: &900

ANALIAMS LS DATS DEL #M$!ES!

Presion1=100 Kpa


$

Pa

P1

P2

T 1 * T

2&a

9




Ingeniería


3

Temperatura1=290° K

Presion2= Presiondescarga=1200 ° K

Temperatura2=?

K &'G

#o)o es adia*ático se tiene /ue;

τ etapa=Z

√ P

2

P1

τ etapa=2

√ 1200

100

τ etapa=2√ 3

T a=T 1 ( τ etapa) K −1

K

T a=290 (2√ 3)1.4−1

1.4





Ingeniería


4

T a=413.59

T a=T b=413.59 ° K

#alcula)os la (otencia de entrada al co)(resor;

w c=Z k

k −1 R T

1((τ etapa ) K −1

K −1)

w c=248.03 K

Anali-ando la co)*usti+n;

#alcula)os las reacciones a di.erentes (orcentajes de aire te+rico;

!eacci+n este/uio)etria;

C 4 H

10+6.5 (02

+3.76 ! 2 ) "4C#

2+5 H

20+24.44 !

2

AC teorico=15.47 Kg aire/ Kgcombustib$e





Ingeniería


5

A' #alcula)os la reacci+n con el 80C de aire te+rico el cual tiene

un 90 C de 4u)edad 2 considerando /ue un >0C del car*onodel co)*usti*le se convierte en )on+?ido de car*ono

#on los datos /ue tene)os calcula)os;

>0C #

Te)(eratura entrada deC

4 H

10 9>8 <

Te)(eratura de entrada del aire G&@':><

Te)(eratura de salida de los gases &990<

C 4 H

10+5.2 (02

+3.76 ! 2 )+9.97 H

20"

0.4C#

2+3.6C#+14.97 H

20+19.552 !

2+0.50

2

#alcula)os el calor trans.erido del co)*usti*le en <HB<g

%combustib$e=&n( '° ( 298+△ ' °) productos−& n( '° ( 298+△ ' °)reacti)os

& n( '° ( 298+△ ' °)∏ *=¿

¿(−208744.2)C#2+(−3090825.96) H

2#+(12192)#

2+(562765.21) !

2+(98977.4)C#





Ingeniería


6

¿−2625635.544 KJ / Kmo$

& n('° ( 298+△ ' °)reac *=(−126150 )C 4 H 10+(17877.6)

02

+(65844.4) ! 2+(−2371882.94) H 20

¿−2414310.94 KJ / Kmo$

%combustib$e=−211324.604 KJ / K mo$

%combustib$e=−3643.528 KJ / Kg

#alcula)os el .lujo )ásico de co)*usti*le en <gBs

AC = maire

mcombustib$e

=5.2+4.76+29

12+4+10+1=12.376 Kg aire/ Kgcombustib$e

A4ora (ara el .lujo )ásico de co)*usti*le 7mcombustib$e 5'

maire=8 Kg/min





Ingeniería


7

mcombustib$e= ´

maire

AC = 8

12.376=0.646 Kgmin=

0.01077354 Kg /s

#alcula)os el .lujo de calor en <=

($u,o deca$or= %=mcombustib$e+% combustib$e=0.01077354+3643.528

($u,o deca$or= % =39.2536916 K

%' #alcula)os la reacci+n con el &00C de aire te+rico el cual tiene un 90 C

de 4u)edad

#on los siguientes datos;


4 H

10 9>8 <


Te)(eratura de salida de los gases &00<

C 4 H 10+6.5(02+3.76 ! 2)+12.462 H 20"4C#2+17.462 H 20+24.44 ! 2





Ingeniería


8


%combustib$e=&n( '° ( 298+△ ' °) productos−& n( '° ( 298+△ ' °)reacti)os

& n( '° ( 298+△ ' °)∏ *=¿

¿(−1303760)C 02+(−3299898.912) H 20+(1024084.88) ! 2

¿−3579574.032 KJ / Kmo$ KJ / Kmo$

&n('° ( 298+△ ' °)reac *=(−126150 )C 4 H

10+(22347)0

2+(82313.92) !

2+(−2964734.724 ) H

20

¿−2986223.804 KJ / Kmo$


%combustib$e=−10230.176 KJ / Kg


AC = maire

mcombustib$e

=6.5+4.76+29

12+4+10+1=15.47 Kgaire / Kgcombustib$e





Ingeniería


9

A4ora (ara el .lujo )ásico de co)*usti*le 7 ) co)*usti*le5'

maire=8 Kg/min

mcombustib$e=

maire

AC =

8

15.47=0.517123

Kg

min=0.008618832 Kg/s



($u,o deca $or= %=88.17217 Kg

#' #alcula)os la reacci+n con el 900C de aire te+rico el cual tiene un 90 C d4u)edad

#on los siguientes datos;


4 H

10 9>8 <





Ingeniería


10


Te)(eratura de salida de los gases &&00<

C 4 H

10+13 (02

+3.76 ! 2 )+149.54 H

20"4C#

2+154.54 H

20+6.50

2+48.88 !

2


%combustib$e=&n('° ( 298+△ ' °) productos−& n('° ( 298+△ ' °)reacti)os

& n('° ( 298+△ ' °)∏ *=¿

¿ (−1418504 )C 0

2+(6333504.372 ) H

20+(170410.5 )0

2+(1210122.16) !

2

¿−6371475.712 KJ / Kmo$

&n('° ( 298+△ ' °)reac *=(−126150 )C 4 H

10+(44694)0

2+(180794.24) !

2+(5929469.448) H

20

¿−5830131.208 KJ / Kmo$






Ingeniería


11

%combustib$e

=−9333.5259 KJ / Kg


AC = maire

mcombustib$e

=13+4.76+29

12+4+10+1=30.94 Kgaire / Kgcombustib$e

A4ora (ara el .lujo )ásico de co)*usti*le 7 ) co)*usti*le5'

maire=8 Kg/min

mcombustib$e=

maire

AC =

8

30.97=0.258314

Kg

min=0.0043094 Kg/s







Ingeniería


12

($u,o deca$or= % =40.222047 Kg

Anali-a)os el )otor de co)*usti+n interna /ue esta )odelado )edian

un ciclo dual de aire estándar

Datos considerados;

T

1=27℃=300 - r

c

=15 . k =1.4

P1=100kPa.c)=0.718 . c p=1.005

/ 1=3.8 $itros=3.8 0 10−3

m3

maire=8 Kg

min=0.1333 Kg/ s





Ingeniería


13

Anali-a)os el )otor (ara un 80C de aire te+rico;

#on los datos /ue tene)os calcula)osT

2 ;

T 2=T 1 rck −1

T 2=300

(15

)

0.4

T 2=886.25° K


1e

1s

1e

&

G@

9

:




Ingeniería


14

Del (ro*le)a sa*e)os /ue;

%ca$or tran(erido de$a combustion ( K )=1e +1e

%ca$or tran(erido de$a combustion=39.2536916 K

c) (T 3−T 2 )+c p(T 4−T 3)39,2536916= maire ¿ J

#alcula)osT

3 sa*iendo /ueT

4=1220 ° k

;

T 3=1029,16311° K

#on esta te)(eratura calcula)os P

3:

P3= P

2(

T 3

T 2)

P2= P1(

/ 1

/ 2 )

P2=100(15)





Ingeniería


15

P2=1500 KPa

P3=1500(1029,163111

886.25)

P3=1741,879 KPa

#alcula)os el

maire

;

maire= P

1/

1

R T 1=

100(3.8)10−3

0.287(300)

#alcula)os1e ;

1e=maire[c) ( T 3−T

2 )+c p (T 4−T

3 )]

1e=3.83 KJ

#alcula)os/

4

/ 4=

/ 1

T 4

rc T 3

/ 4=

3.8(1220)15(1029.16)





Ingeniería


16

/ 4=

0.3 $itros

T 5=T

4(

/ 4

/ 5

)k −1

- / 5=/

1=3.8 $itros

T 5=1220

(

0.3

3.8 )

0.4

T 5=441.87 K

1sa$ida=m c) (T 3−T 1)=4.41(10−3)(0.718)(441.87−300)

1sa$ida=0.449 KJ

#alcula)os la (otencia del ciclo con un aire te+rico de 80C;

cic$o=1e−1s

cic$o=3.83−0.449=3.381 KJ





Ingeniería


17

#alcula)os el rendi)iento t6r)ico del ciclo;

2termico= cic$o

% e

2termico=3.381

3.83=0.8828

2termico=88.28

Anali-a)os el )otor (ara un &00C de aire te+rico;


2 ;

T 2=T 1 rck −1

T 2=300(15)0.4

T 2=886.25° K





Ingeniería


18


%ca$or tran(erido de$a combustion ( K )=1e +1e

%ca$or tran(erido de$a combustion=88.17217276 K

c) (T 3−T 2 )+c p(T 4−T 3)88.17217276= maire ¿ J

#alcula)osT

3 sa*iendo /ueT

4=1600 ° k

;

T 3=1081,467611° K

#on esta te)(eratura calcula)os P

3:

P3= P

2(

T 3

T 2)

P2= P

1(

/ 1

/ 2)

P2=100(15)





Ingeniería


19

P2=

1500 KPa

P3=1500(

1081,467611

886.25)

P3=1830.4106 KPa

#alcula)os elmaire ;

maire= P

1/

1

R T 1=

100(3.8)10−3

0.287(300)

#alcula)os1e ;


2 )+c p (T 4−T

3 )]

1e=2.92 KJ

#alcula)os/

4





Ingeniería


20

/ 4=

/ 1

T 4

rc T 3

/ 4=

3.8(1600)15(1081,467611)

/ 4=0.37 $itros

T 5=T

4(

/ 4

/ 5

)k −1

- / 5=/

1=3.8 $itros

T 5=1600(

0.37

3.8)0.4

T 5=609.29° K

1sa$ida=m c) (T 3−T 1)=4.41(10−3)(0.718)(1081,467611−300)

1sa$ida=0.979 KJ






Ingeniería


21

cic$o=

1e−

1s

cic$o=2.92−0.979=1.941 KJ


2termico= cic$o

% e

2termico=1.941

2.92=0.6647

2termico=66.47

Anali-a)os el )otor (ara un 900C de aire te+rico;


2 ;

T 2=T 1 rc

k −1





Ingeniería


22

T 2=300(15)0.4

T 2=886.25° K


%ca$or tran(erido de$a combustion ( K )=1e + 1e

%ca$or tran(eridode $a combustion=40.22204668 K

c) (T 3−T

2 )+c p(T 4−T

3)

40.22204668= maire ¿ J

#alcula)osT

3 sa*iendo /ueT

4=1100° k

;

T 3=933.8228 ° K

#on esta te)(eratura calcula)os P3:

P3= P

2(

T 3

T 2)





Ingeniería


23

P2= P

1(

/ 1

/ 2)

P2=100(15)

P2=1500 KPa

P3=1500(933.8228

886.25)

P3=1580.52 KPa

#alcula)os elmaire ;

maire= P

1/

1

R T 1=

100(3.8)10−3

0.287(300)

#alcula)os1e ;


2 )+c p (T 4−T

3 )]

1e=0.887 KJ





Ingeniería


24

#alcula)os/

4

/ 4=

/ 1

T 4

rc T 3

/ 4=

3.8(1100)15(933.8228)

/ 4=0.298 $itros

T 5=T

4(

/ 4

/ 5

)k −1

- / 5=/

1=3.8 $itros

T 5=1100( 0.298

3.8)0.4

T 5=397.34 ° K

1sa$ida=m c) (T 3−T 1)=4.41(10−3)(0.718)(1081,467611−300)

1sa$ida=0.308 KJ






Ingeniería


25

cic$o=

1e−

1s

cic$o=0.887−0.308=0.579 KJ


2termico= c ic$o

%e

2termico=0.579

0.887=0.6528

2termico=65.28

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Trabajo de Termodinamica II Para La UNT

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