Simulación cyclepad segunda ley termodinámica PDF

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Simulaciòn en cyclepad sobre la segunda ley...

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FORMATO LABORATORIOS DE TERMODINÁMICA - SIMULACIONES

Título de simulación: Segunda ley de la termodinámica. Ejemplo 4.1. Se transfiere calor a una planta Rankine a una rata de 80 MW. Si la salida neta de potencia de la planta son 30 MW, determine la eficiencia térmica de dicha planta. Simulación:

Figura 1. Solución Cyclepad para el ejemplo 1. Solución analítica: La eficiencia térmica es de η=0.375.

1) Ejercicio 4.1.

Un motor de combustión Rankine con una potencia neta de salida de 85000 hp, tiene una eficiencia térmica del 35%. Determine la rata de calor adicionada al motor. 1.1) Simulación:

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Figura 2. Solución Cyclepad ejercicio 1.

1.2) Solución

analítica:

La

rata

de

calor

adicionado

al

motor

es

de

181,099

kW.

Ejemplo 4.2. Dentro del espacio de un refrigerador se mantiene a baja temperatura para remover calor (𝑄˙𝐿) de ahí a una rata de 6 kW. Si el COP del refrigerador es de 1.5, determine la capacidad del refrigerador en toneladas de refrigeración y la potencia de ingreso requerida por el refrigerador. Simulación:

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Figura 3. Solución Cyclepad ejemplo 2.

Solución analítica: La capacidad del refrigerador es de 1.71 toneladas de refrigeración y la potencia de ingreso requerida es de -4Kw.

2)

Ejercicio 4.2 Dentro de un espacio refrigerado, se mantiene una temperatura de 3 ºC removiendo calor a una rata de 5 kW. Si la potencia de entrada al refrigerador es de 2 kW, determine el COP del refrigerador. 2.1) Simulación:

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Figura 4. Solución Cyclepad para jercicio 4.2.

2.2) Solución analítica: El coeficiente de rendimiento del refrigerador es de 2.50

Ejemplo 4.3

Una bomba de calor con un COP de 2.8 es seleccionada para mantener los requerimientos de calor y mantener una temperatura confortable TH. Calor QL es bombeado al ambiente exterior a una temperatura baja TL. Se estima que la casa gana calor QH a una rata de 1000 kW. Determine la potencia del motor eléctrico que necesita la bomba de

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calor para funcionar bajo estas condiciones. Simulación:

Figura 5. Solución Cyclepad para el ejemplo 4.3.

Solución analítica: La potencia del motor eléctrico que necesita la bomba de calor es de 357.1 Kw

3) Ejercicio 4.3

Una bomba de calor se selecciona para cumplir los requerimientos de una casa de mantener una temperatura de 18 ºC. Si la temperatura exterior es de 2 ºC, la casa se estima que gana calor a una rata de 1000 kW y la potencia neta que ingresa en la casa es de 680 kW. Determine el COP de la bomba de calor.

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3.1) Simulación:

Figura 6. Solución Cyclepad para jercicio 4.3.

3.2) Solución analítica:

Ejemplo 4.4 Se transfiere calor a un motor de combustión de Carnot a una rata de 500 MW de una fuente de alta temperatura a 700 ºC y rechaza calor a un sumidero de baja temperatura a 40 ºC. Determine la potencia producida y la eficiencia del motor. Simulación:

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Figura 7. Solución Cyclepad para ejercicio 4.4 Solución analítica: La potencia producida es de 339.1 Kw con una eficiencia de motor de η=67.82%

4)

Ejercicio 4.4 Un motor de combustión de Carnot opera entre 1000 ºF y 100 ºF y desarrolla 5 hp. Determine la eficiencia y la rata de calor aprovisionada. 4.1) Simulación:

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Figura 8. Solución Cyclepad para ejercicio 4.4

4.2) Solución analítica: La eficiencia es de η= 61.66% y la rata de calor aprovisionada es de 𝟓. 𝟕𝟑

𝑩𝒕𝒖 𝒔

Si un inventor afirma que ha desarrollado un motor de combustión que opera entre el mismo intervalo de temperaturas produciendo 5 hp y que la rata de calor suministrado a su motor es de 10,000 Btu/h, usted diría que es posible?

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Figura 8. Solución Cyclepad para ejercicio 4.4 parte b Solución analítica: No sería posible dado que la máquina tendría una eficiencia térmica de 127.1% y no puede existir una máquina con mayor eficiencia que la máquina de Carnot.

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