GUIA_DE ESTUDIO - TERMODINÁMICA Y FISICOQUÍMICA

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

GUÍA DE ESTUDIO
Termodinámica y Fisicoquímica
Javier Alejandro Inostroza Ballesteros
1° semestre de 2015

Guía de ejercicios resueltos y propuestos que abarcan la materia concerniente a la PEP#2 del ramo
“Termodinámica y Fisicoquímica” impartido por el Departamento de Ingeniería en Minas.
Material de estudio individual.

Universidad de Santiago de Chile
Facultadde Ingeniería
Departamento de Ingeniería en Minas

ÍNDICE

PROBLEMAS RESUELTOS .........................................................................................................1
I.-

CICLOS DE POTENCIA .....................................................................................................1

II.-

BALANCE DE MASA SIN REACCIÓN QUÍMICA.......................................................7

EN ESTADO ESTACIONARIO ..................................................................................................7
III.-

BALANCE DE MASA CON REACCIÓN QUÍMICA ...................................................12

EN ESTADO ESTACIONARIO ................................................................................................12
IV.-

BALANCE DE MASA SIN REACCIÓNQUÍMICA .....................................................19

EN ESTADO TRANSIENTE.....................................................................................................19
V.-

BALANCE DE ENERGÍA MECÁNICA ........................................................................24

VI.-

LIXIVIACIÓN DE MINERALES DE COBRE ..............................................................27PROBLEMAS PROPUESTOS ....................................................................................................31
I.-

CICLOS DE POTENCIA ...............................................................................................31

II.-

BALANCE DE MASA SIN REACCIÓN QUÍMICA .....................................................33

EN ESTADO ESTACIONARIO................................................................................................33
III.-

BALANCE DE MASA CON REACCIÓN QUÍMICA ...................................................36

EN ESTADO ESTACIONARIO ................................................................................................36
IV.-

BALANCE DE MASA SIN REACCIÓN QUÍMICA .....................................................38

EN ESTADOTRANSIENTE.....................................................................................................38
V.-

BALANCE DE ENERGÍA MECÁNICA ........................................................................40

VI.-

LIXIVIACIÓN DE MINERALES DE COBRE ..............................................................41

Termodinámica y Fisicoquímica
Javier Alejandro Inostroza BallesterosUniversidad de Santiago de Chile
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería en Minas

PROBLEMAS RESUELTOS

I.-

CICLOS DE POTENCIA
Una planta de vapor opera en un ciclo Rankine. La caldera provee vapor
de agua a 1,4 [MPa]. El condensador trabaja a 25 [°C]. Se puede considerar
que tanto la bomba como la turbina son isentrópicas. Además, la turbina
debe trabajar con vapor estrictamente seco; enel peor de los casos con
vapor saturado. Calcular:
a) Esbozar el diagrama Temperatura-Entropía (T-s) del ciclo.
b) La temperatura del vapor sobre-calentado que entra a la turbina.
c) Trabajo neto del ciclo.
d) Eficiencia térmica del ciclo.
e) El flujo másico de vapor de agua que debe suministrar la caldera
para que la potencia neta producida por el ciclo sea 3 [MW].
SOLUCIÓN.-

QH
(2)

WB

B(1)

(3)

CALDERA

WT

T

CONDENSADOR

(4)

QC

Figura N°1.- Diagrama de flujo del proceso (Ciclo Rankine).

1

Universidad de Santiago de Chile
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería en Minas

a)
T [°C]

p2

(3)

Líquido

Vapor

(2)
p1

Líquido-Vapor
T1=T4
(1)

S1=S2

(4)

S [KJ/kg·K]
S3=S4

Figura N°2.- Diagrama T-s (Ciclo Rankine).
Para entender el diagrama T-s es conveniente...