Termodinámica
EXAMEN 1 (17/10/2022)
Pregrado 2022-2
USAR LA TABLA A-22 PARA RESOLVER LA PREGUNTA 2. NO ASUMIR Cv o Cp
CONSTANTE.
Indicaciones específicas:
Duración: 105 minutos
Número de preguntas: 2
Se permite el uso de calculadora, tablas termodinámicas y una hoja A4 de formulario. Dibuje y delimite gráficamente el sistema para cada
pregunta o delimite al inicio y cítelos. Mantenga la estructura: pregunta, datos, ecuaciones, reemplazo de datos en ecuaciones, respuesta.
Enuncie tablas, ecuaciones de estado y consideraciones. Sea ordenado y siempre indique las unidades. Recuerde que se descontará hasta 50% de
del puntaje de la pregunta por no seguir las indicaciones.
1. Un arreglo para producir potencia funciona con dos turbinas y un recalentador (Reheater) como se muestra en la
figura 1. El vapor de agua entra a la primera turbina a 40 bar y 500°C con un flujo volumétrico de 60 m3/min. El vapor
sale de la turbina a 20 bar y 400°C. Luego, el vapor se recalienta a presión constante hasta 500°C antes de ingresar a
la segunda turbina. El vapor sale de la segunda turbina como vapor saturado a 0.7 bar. La primera turbina es adiabática
mientras que la segunda turbina transfiere calor a sus alrededores en una tasa de 800 kW. El recalentador (Reheater)
tiene como única función calentar el vapor de agua. Para operación en estado estacionario, e ignorando los efectos de
energía cinética y potencial, calcular:
a) El flujo másico de H2O [kg/s] (2 puntos)
b) La potencia [kW] producida en la turbina 1 y la turbina 2 y el calor suministrado [kW] en el recalentador (6 puntos)
c) Construir el diagrama T-v para el agua mostrando los 4 estados detallados en el proceso. Dibujar la campana,
enumerar los estados, introducir los valores de temperatura (oC), volumen específico (m3/kg), presión (isóbaras -
bar) y los valores de las propiedades críticas (5 puntos)
d) Si le pidieran mejorar la eficiencia de la turbina 2, ¿cómo lo haría? ¿En qué porcentaje aumenta la eficiencia con
dicha mejora? (1 punto)
2. El cilindro pistón de la figura 2 es alimentado con aire (tratar como gas ideal,
constante del gas: 𝑅/M= 0.287 kJ/kg.K), el cual entra a 7 oC y 140 kPa. El aire es
suministrado hasta alcanzar las condiciones del estado 2. Dentro del cilindro la
temperatura inicial (T1) y la presión inicial (P1) del aire son 12 oC y 1.4 bar
respectivamente. Los volúmenes inicial (V1) y final (V2) del cilindro son 0.008 m3 y
0.016 m3 respectivamente. Teniendo en cuenta que el proceso dentro del cilindro es
isotérmico e isobárico e ignorando los efectos de energía cinética y potencial, calcular:
e) La masa inicial y final de gas dentro del cilindro (kg). (2 puntos)
f) El trabajo realizado durante el proceso de llenado (kJ). (2 puntos)
g) El calor transferido durante el proceso (kJ). (2 puntos)
