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Balance de masa y energía Sistemas Abiertos

Comments

By: yhury (28 month(s) ago)

ok

By: freddyaaa (51 month(s) ago)

Esta bastante ilustrativo

By: cesar1891 (67 month(s) ago)

esta padre

By: yotta (72 month(s) ago)

Excelente

By: valentin2210 (72 month(s) ago)

=) good

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANAVICERRECTORADO ACADEMICOCOORDINACION DE INGENIERIA INDUSTRIALDEPARTAMENTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIAASIGNATURA: TERMODINAMICA : 

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANAVICERRECTORADO ACADEMICOCOORDINACION DE INGENIERIA INDUSTRIALDEPARTAMENTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIAASIGNATURA: TERMODINAMICA BALANCE DE MASA Y ENERGIA MSc Ing Lilian Castillo Aplicación de la Primera ley de los Sistemas Abiertos

BALANCE DE MASA Y ENERGIA : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA Se utiliza para sistemas abiertos, con el fin de conocer la cantidad de energía transportada a través de las distintas partes de la frontera del sistema debido a la transferencia de masa.

BALANCE DE MASA Y ENERGIA : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA DEFINICION DE TERMINOS: . FLUJO MASICO (m): Cantidad de masa que fluye en una sección transversal por unidad de tiempo. El punto se emplea para indicar una cantidad por unidad de tiempo. . FLUJO VOLUMETRICO (V): Volumen del fluido que circula a través de una sección transversal por unidad de tiempo.

BALANCE DE MASA Y ENERGIA : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA VOLUMEN DE CONTROL: Comprende las fronteras trazadas en el sistema abierto. La frontera debe estar bien definida físicamente (pared) y es imaginaria.

BALANCE DE MASA Y ENERGIA : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA FLUJO ESTACIONARIO: Ocurre cuando las propiedades del sistema son constantes con el tiempo en cualquier posición dentro y sobre las fronteras del sistema. En este caso, la cantidad de masa es constante, pero no es la misma.

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE MASA : 

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE MASA Para el volumen de control:

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE MASA : 

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE MASA Relación de flujo de masa y de volumen:

Slide 8: 

Flujo Estable o Permanente “ Es un Proceso en el cual un fluido fluye permanentemente por un volumen de control” Tiempo: 1 p.m. Tiempo: 3 p.m. . Ninguna propiedad (intensiva o extensiva) dentro del volumen de control cambia con el.

Slide 9: 

Para sistema de flujo estable de una sola corriente Me = Ms e Ve Ae = s Vs As Ve Ae = Vs As e s donde ρ= densidad, kg /m3 = volumen especifico. m3/kg v= velocidad de flujo promedio m/s A= área de la sección transversal normal a la dirección del flujo, m2

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE ENERGIA : 

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE ENERGIA Para el volumen de control: a) Cuando existe flujo de masa entrante y saliente del VC:

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE ENERGIA : 

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE ENERGIA b) Cuando no existe flujo de masa en el VC:

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS TOBERAS Y DIFUSORES TOBERAS: Dispositivos que aumentan la velocidad de un fluido a expensas de la presión. DIFUSORES: Dispositivos que aumentan la presión de un fluido.

TOBERAS Y DIFUSORES : 

TOBERAS Y DIFUSORES

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS Q≈0; W=0; ∆Ec≠0; ∆Ep≈0 TOBERAS Y DIFUSORES Ecuación de balance de energía:

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DIPOSITIVOS : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DIPOSITIVOS TURBINAS Y COMPRESORES TURBINAS: Dispositivos que accionan al generador eléctrico. COMPRESORES: Dispositivos que ayudan a aumentar la presión de un fluido. Q≈0; W≠0; ∆Ec≈0; ∆Ep≈0

TURBINAS Y COMPRESORES : 

TURBINAS Y COMPRESORES

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS VÁLVULAS DE ESTRANGULAMIENTO: Dispositivos de restricción de flujo que ocasiona un descenso significativo en la presión del fluido. Q≈0; W=0; ∆Ec≈0; ∆Ep≈0

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS CÁMARAS DE MEZCLA: Equipo que se utiliza para la mezcla directa de varias corrientes. Q≈0; Weje=0; ∆Ec ≈0; ∆Ep≈0

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS INTERCAMBIADORES DE CALOR: Son dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclarse. W=0; ∆Ec ≈0; ∆Ep≈0 Q=0 Sistema Completo:

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS INTERCAMBIADORES DE CALOR: b) Sistema: Fluido A Q≠0; W=0; ∆Ec ≈0; ∆Ep≈0

INTERCAMBIADORES DE CALOR : 

INTERCAMBIADORES DE CALOR

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS : 

BALANCE DE MASA Y ENERGIA EN LOS DISPOSITIVOS TUBERIAS Y DUCTOS: Se encargan de transportar fluidos. Q ≠ 0; W ≠ 0; ∆Ec ≈ 0; ∆Ep ≠ 0

EJERCICIO : 

EJERCICIO Entra aire de modo permanente en una tobera adiabática a 300 Kpas, 200 C y 30m/s y sale a 100 Kpas y 180 m/s. El área de la entrada de la tobera es de 80 cm2. Determine a) la relación de flujo de masa a través de la tobera, b) la temperatura de salida de aire, y C) el área de salida de la tobera. Datos: P1=300 Kpas T1=200 C V1=30m/s A1=80 cm2 P2=100 kpas V2=180 m/s Q≈0; W=0; ∆Ec≠0; ∆Ep≈0

EJERCICIO : 

EJERCICIO X=458.88 K T final=458.88 K

Slide 27: 

La relación de flujo de masa a través de la tobera: El área de salida de la tobera:

EJERCICIO : 

EJERCICIO Considere una regadera común donde se mezcla agua caliente a 140 F con agua fría a 50 F. Si se desea suministrar una corriente permanente de agua caliente a 110 F, determine la razón de las razones de flujo de masa del agua caliente respecto de la fría. Suponga que las pérdidas térmicas de la cámara de mezcla son despreciables y que la mezcla se efectúa a una presión de 20 psia.

Slide 29: 

Datos: T1= 140 F T2 = 50 F T3 = 110 F

EJERCICIO : 

EJERCICIO Dividimos la ecuación anterior entre m2: h1(140 F) = 107.96 Btu/lbm h2 (50 F) = 18.06 Btu/lbm h3 (110 F) = 78.02 Btu/lbm

EJERCICIO : 

EJERCICIO Relación del flujo de masa = 2:1

Slide 32: 

Fluye vapor de manera estable por una turbina a una tasa de 4500 lbm/h; entra a 1 000 psia y 900 ºF, y sale a 5 psia como vapor saturado. Si la potencia generada por la turbina es 4 MW, determine la tasa de pérdida de calor del vapor. EJERCICIO

EJERCICIO : 

EJERCICIO M = 4500 lbm/lh P1 = 1000 Psia T1 = 900 ºF P2 = 5 Psia Estado: vapor Saturado W = 4MW M = 4500 lbm /lh . h /3600s = 12,5 lbm/seg W = 4MW = 4000kj/s . 0,448btu/1kj = 3792btu/s Con P = 1000 Psia. Nos vamos a las tablas en vapor saturado y comparamos la temperatura sistema (Tsist) con la Temperatura de saturación (Tsat) y se observa que la Tsist > Tsat, lo que quiere decir que estamos en vapor sobre calentado donde con los valores ya mencionados buscamos la entalpia inicial. ho= 1448,1 btu/lbm

EJERCICIO : 

EJERCICIO Por medio de la formula del balance de energía obtenemos: Q = ∆ Ec + ∆ Ep + ∆ h + W Como el aparato es una turbina se tiene que Q≈0, w≠0, ∆ Ep≈0, ∆ Ec≈0, pero me solicitan buscar es la perdida de calor entonces la formula en este caso quedaría de la siguiente manera: Q - W= ∆ h Despejando Q nos quedaría: Q= ∆h + W Con la presión de salida y sabiendo que estamos en vapor saturado buscamos la entalpía final. P2 = 5 Psia hf = 1205,6 btu/lbm teniendo la entalpia de entrada y de salida y la potencia generada por la turbina sustituimos en la formula: Q = ( hf – ho ) + w Q = ( 1205,6 – 1448,1 )Btu/lbm + 303,36 Btu/lbm Q = -242,5Btu/lbm

Slide 35: 

Un compresor refrigerado por agua, cambia el estado del refrigerante 134ª desde vapor saturado a 1 bar hasta una presión de 8 bar. El área de entrada es de 5 cm2. El flujo másico es de 13 kg/min y el agua de refrigeración extrae un flujo de calor de 140 kj/min. Si la potencia suministrada es de 16 kW. Determine: La temperatura de salida T2, en grados F. La velocidad de entrada V1, en m/seg. SOLUCIÓN Datos P1= 1 bar = 0.10 Mpa P2= 8 bar = 0.8 Mpa m = 13 kg min . 1min 60seg = 0.216 kg/seg Q = 140 kj/min = 2.33 kj/seg . W = 16 KW = 16 kj/seg

Slide 36: 

Con P1 = 0.1 Mpa y Vapor saturado Vamos a la tabla del R-134a (Pág. 785) w ≠ 0 q ≠ 0 ∆ec ≠ 0 ∆ep = 0

Slide 37: 

q = Q m Transferencia de calor por unidad de masa. . . q = 2.33 kj/seg 0.216kg/seg q = 10.78kj/kg w = W m Trabajo efectuado por unidad de masa. . . w = 16 kj/seg 0.216kg/seg w = 74.07 kj/kg v1 = (82.16 m/seg) = 3.37 kj/kg 2 2 x (1000) 2 2 h2 =( -10.78 – 74.07 + 3.37 + 382.162) kj/kg Se coloca signo negativo porque se esta extrayendo calor del sistema h2 = 300.682 kj/kg P2 = 0.8 Mpa Se va a la tabla saturado (pág. 785) y h2 < htabla se concluye que esta en mezcla. Interpolando. T2 = 31.24 C T2 = 31.24 (1.8) +32 = 88.232 F 0.8 Mpa 0.1 Mpa P V

EJERCICIO : 

EJERCICIO Un mol de gas ideal con capacidad calorífica a volumen constante igual a 4 cal/ gmol. ºK, es sometido al siguiente proceso. Compresión adiabática hasta la presión de 10 atmósfera Calentamiento isobárico provocando un cambio de energía interna igual a 2.266,45 cal. Expansión reversible a través de la trayectoria PV n = K donde n= 1,3 Enfriamiento isométrico hasta la condición inicial Condiciones Iniciales P1 = 0,5 atm. Y T1 = 180 º F Determine Trabajo, Calor, Cambio de Energía Interna, Cambio de Entalpía de cada etapa y el total del proceso. Dibuje el diagrama del proceso.

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