Guia De Ejercicos

IME 343.- TERMODINÁMICA I

GUIA DE EJERCICIOS


APLICACIONES DEL 1er PRINCIPIO


1er Semestre 2008

Problema 1

Se dispone de una planta termoeléctrica destinada a generar electricidad para la red de servicio público, cuya potencia neta es de 200 MW. Dicha planta utiliza carbón como fuente de energía, el cual al quemarse libera una potencia calórica de 6.500 kcal por cada kg decombustible quemado (poder calorífico del combustible).
El resultado operacional de dicha planta durante el último año indica que la planta funcionó 6.200 hrs, con una generación de electricidad equivalente al 46 % de su capacidad de generación nominal anual, y con una eficiencia global (rendimiento energético) de 32 % (es decir tan solo un 32% de la energía calórica liberada por el carbón setransforma en electricidad, y el resto se disipa al entorno en forma de calor).
El proceso de combustión de la planta requiere en promedio el suministro de 14 kg de aire por cada kg de carbón quemado.
Se pide determinar:
a) Energía eléctrica entregada por la planta en el último año a la red pública.
b) Consumo de carbón de la planta en el último año.
c) Potencia eléctrica media desarrollada porla planta durante su operación en el último año.
d) Consumo específico de combustible (consumo de carbón por cada kWh de electricidad generada por la planta)
e) Masa de aire consumida por la planta en el último año para efectuar el proceso de combustión.








Problema 2:
Un proceso industrial requiere disponer de 1.200 lt/hr de soda cáustica a una temperatura de 80 °C. Para ello,un vendedor técnico le ofrece un moderno equipo calentador en base a energía eléctrica y dotado de un completo sistema de control automático. El calentador tiene una capacidad máxima de 2.200 lt, posee un elemento calefactor de 120 kW, un agitador de hélice accionado por un motor de 1 HP para homogeneizar el producto, y sus paredes están aisladas térmicamente.
Inicialmente, el calentador contiene900 lt. de soda cáustica a la temperatura de 60 °C.
En el instante de iniciarse el proceso, se conectan simultáneamente el calefactor eléctrico, el agitador de hélice, y se abre la válvula de llenado (V1) que proporciona un caudal constante de 1.300 lt/hr de soda cáustica a 30 ºC.
El sistema de control automático opera en forma tal que al alcanzar la soda la temperatura requerida de 80 °C, seinicia la operación de descarga a través de la válvula (V2), con un caudal constante de 1.200 lt/hr; la cual permanece abierta mientras la temperatura de la soda sea superior a 75 °C. El elemento calefactor corta automáticamente el suministro de energía cuando la soda alcanza la temperatura máxima de 85 °C y se reconecta cuando la temperatura de la soda es de 80 °C o inferior. Como medida deseguridad, el sistema de control permite solamente el cierre de la válvula de llenado (V1), cuando se alcanza el nivel máximo del calentador y su flujo se restablece automáticamente cuando el nivel de la soda alcanza a los 800 Lt.
La densidad de la soda cáustica es de 1,8 kg/lt; y su calor específico es de 2,0 kcal/kgK.
Se pide determinar:
a)- Tiempo necesario para que la soda cáustica en elcalentador alcance la temperatura del proceso.
b)- Una vez alcanzada la condición de operación del sistema (80 °C) ¿Es capaz el equipo de cumplir con a los requerimientos del proceso productivo? Justifique su respuesta.
c)- Hacer diagramas caudal v/s tiempo para los flujos de entrada y descarga; diagramas masa v/s tiempo y temperatura v/s tiempo para el líquido almacenado en estanque, indicando lostiempos claves de aperturas o cierres de válvulas, y / o conexión / desconexión del calefactor.
d).- Proponga una modificación al sistema, justificándola adecuadamente.







Problema 3.
Se dispone de un horno para calentar en forma continua 90 m3/hr de glicerina, desde una temperatura inicial (T1) de 20 ºC hasta una temperatura final (T2) de 160 °C. La presión de la glicerina en el...