Termodinamica en inegnieria quimica ejercicios resueltos

INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA EN INGENIERIA QUIMICA
EJERCISIOS PROPUESTOS

VICTOR ALVARADO
DEWIN FIGUEROA
REYNALDO FIGUEROA
DARWIN GARCIA
WILLIAN VALLEJO

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA
2009

CAPITULO 5.

Ejercicio 5.2

Una maquina de carnot recibe 250 Kj/s de calor, desde undispositivo que es una maquina de carnot a 525ºC, y desprende calor a otro deposito que lo absorbe a 50ºC. ¿Cuál es la potencia desarrollada y el calor desprendido?

Plateando los datos entonces:
Tc=50ºC=323,15K
TH=525 ºC=798,15 K
QH= 250 Kj/s
Y planteamos la ecuación entonces:
W= QH*1- TcTH
Esto viene de:
n= WQH=1- TcTH
Remplazamos entonces:

W= 250 Kj/s*1- 323,15K798,15 K=148,78Kjs=148,78Kw

Esta es la potencia y el calor desprendido seria:

Qc= QH-W
Qc=250Kjs-148,78Kjs=101,22Kjs

Ejercicio 5.21

Un mol de gas ideal se comprime adiabáticamente en depósito pistón/cilindro desde 2 bares y 25 ºC hasta 7 bares. El proceso es irreversible y requiere 35% más del trabajo que una compresión reversible adiabática desde el mismo estado inicial a la misma presión final. ¿Cual esel cambio de entropía de gas?

Cp = 7/2 R; Cv = 5/2 R

Agrupando los datos necesarios:
Cp= 72R=29,099Jmol*K
Cv= 52R=20,785Jmol*K
γ= CpCv=1,4
P1=2 bar
P2=7 bar
T1=25ºC=298,15K
% Trabajo = 135%
De aquí partimos a resolver con la siguiente ecuación:
W=%trabajoRT1γ-1P2P1γ-1γ-1
W=1,358,314Jmol*K*298,15K1,4-17 bar2 bar1,4-11,4-1
W=3600,47 J/mol
Como es adiabático entonces Q = 0 y de allíse define que:
W= ∆U= Cv∆T= Cv(T2-T1)
Para la relación con W despejamos T2:
T2= T1+WCV=298,15K+ 3600,47 J/mol20,785Jmol*K=475,37 K
Y finalmente la entropía es:
∆S= Cp*lnT2T1-R*lnP2P1
∆S= 29,099Jmol*K*ln475,37 K298,15K-8,314Jmol*K*ln7 bar2 bar=2,91137Jmol*K

Ejercicio 5.27
Un proceso de flujo uniforme aproximadamente a presión atmosférica. ¿Cuál es el cambio de entropía del gas?:
a.Cuando 10 moles de SO2 se calientan de 200ºC a 1100ºC
b. Cuando 12 moles de propano se calientan de 250ºC a 1200ºC
Tenemos entonces:
a. Aplicando la formula:

∆S=T1T2CPRdTT = R(ALnτ+ BT1+ CT12+Dτ2T12τ+12τ-1)

Teniendo en cuenta el apéndice C y los datos a continuación:

n=10 moles
A=5,699
B=0,801* 10-3
C=0
T1=200ºC=473,15 K
T2=1100ºC=1373,15 K

Y reemplazando queda entonces:∆S=536,1 J/K
b. De la misma manera desarrollamos los datos y tenemos que:

n=12 moles
A=1,213
B=28,785*10-3
C=-8,824* 10-6
T1=250ºC=525,15K
T2=1200ºC=1473,15K

Reemplazamos y finalmente queda:
∆S=2018,7 J/K

Ejercicio 5.33
Un sistema de refrigeración enfría una salmuera de 25 a –15ºC con una rapidez de 20Kg s-1, El calor se desprende a la atmosfera a una temperatura de 30ºC ¿Cuál esla potencia requerida si la eficiencia termodinámica del sistema es 0.27? el calor especifico de la salmuera es 3.5 Kj Kg-1 ºC-1.

Datos:
m = 20Kg s-1
Cp = 3.5 Kj Kg-1 ºC-1.
T1= 25ºC - 298.15 K
T2 = 15ºC - 258.15 K
Tσ = 30ºC - 303.15k
η=0.27

Calculamos le cambio de entalpia y entropía para hallar el trabajo ideal
∆H=Cp∆T
∆H=3.5 Kj Kg-1 ºC-1.(258.15-298.15)K
∆H= -140 Kj Kg-1
Eneste caso para calcular la entropía la presión se mantiene constante entonces nos queda:
∆S=Cp LnT2T1
∆S= 3.5 Kj Kg-1 ºC-1 Ln258.15298.15
∆S=-0.504 Kj Kg-1 K-1
Aplicando la ecuación para hallar trabajo ideal teniendo en cuenta que se desprecia la energía cinética y potencial tenemos:
Wideal= m∆H-Tσ∆S
Wideal= (20Kg s-1)( -140 Kj Kg-1) – (303.15k)( -0.504 Kj Kg-1 K-1)
Wideal=256.938 KWPara hallar la potencia requería aplicamos la siguiente ecuación:

η= WidealWs
Ws= Widealη
Ws= 256.938 KW0.27
Ws=951.622KW

Ejercicio 5.34
Un motor fijo sometido a una carga fija de 9,7 amperes a 110 volts, entrega 1,25 hp de energía mecánica. Temperatura de los alrededores es 300K. ¿Cuál es la rapidez de generación de entropía en W/K?
Agrupamos datos:
E=110 volts
i=9,7 amp
Tα=300K...