Universidad nacional de ingenieria facultad de ingenieria de petroleo, gas natural y petroquimica escuela profesional de ingenieria petroquimica

flujo de calor al ambiente
Qcedido
(sumidero a baja temperatura).
Aplicando el balance de energía en el límite de líneas discontinuas:
𝒅𝑬
𝒅𝒕
= ሶ𝑸𝒔𝒖𝒎 − ሶ𝑸𝒄𝒆𝒅 + ሶ
𝑾𝒃𝒐𝒎𝒃𝒂 − ሶ
𝑾𝒕𝒖𝒓𝒃𝒊𝒏𝒂
𝒅𝑬
𝒅𝒕
= 𝟎
ሶ
𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 −
ሶ
𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = ሶ
𝑄𝑠𝑢𝑚 −
ሶ
𝑄𝑐𝑒𝑑
ሶ
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = ሶ
𝑄𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜
ሶ
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = ሶ
𝑄𝑠𝑢𝑚 −
ሶ
𝑄𝑐𝑒𝑑
ሶ
𝑄𝑠𝑢𝑚 −
ሶ
𝑄𝑐𝑒𝑑 −
ሶ
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 0
El rendimiento térmico o eficiencia térmica

𝒕
=
ሶ
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒔𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂
ሶ𝑸𝒔𝒖𝒎
=
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒔𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂
𝑸𝒔𝒖𝒎
Donde 

t
es una magnitud adimensional su valor está entre 0 y 1, o entre 0 y 100%.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO, GAS NATURAL Y PETROQUIMICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA PETROQUIMICA
Problema 1.
Un ciclo de potencia de vapor recibe 100000 kJ/min en forma de
calor desde los gases calientes de la combustión y descarga 66000 kJ/min en
forma de calor al ambiente. Si la potencia requerida por la bomba es de 1400
kJ/min, determínese
(a)
el rendimiento térmico del ciclo y
(b)
la potencia
suministrada por la turbina en kW.
Aplicando el balance de energía global:
𝒅𝑬
𝒅𝒕
= ሶ𝑸𝒔𝒖𝒎 − ሶ𝑸𝒄𝒆𝒅 + ሶ
𝑾𝒃𝒐𝒎𝒃𝒂 − ሶ
𝑾𝒕𝒖𝒓𝒃𝒊𝒏𝒂
𝒅𝑬
𝒅𝒕
= 𝟎
ሶ
𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 −
ሶ
𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = ሶ
𝑄𝑠𝑢𝑚 −
ሶ
𝑄𝑐𝑒𝑑
ሶ
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = ሶ
𝑄𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜
ሶ
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = ሶ
𝑄𝑠𝑢𝑚 −
ሶ
𝑄𝑐𝑒𝑑
ሶ
𝑄𝑠𝑢𝑚 −
ሶ
𝑄𝑐𝑒𝑑 −
ሶ
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 0
El rendimiento térmico o eficiencia térmica

𝒕
=
ሶ
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒔𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂
ሶ𝑸𝒔𝒖𝒎
=
ሶ
𝑸𝒔𝒖𝒎 −
ሶ𝑸𝒄𝒆𝒅
𝑸𝒔𝒖𝒎
=1 -
ሶ
𝑄𝑐𝑒𝑑
ሶ
𝑄𝑠𝑢𝑚
ሶ
𝑾𝒕𝒖𝒓𝒃𝒊𝒏𝒂 = ሶ𝑸𝒔𝒖𝒎 − ሶ𝑸𝒄𝒆𝒅 + ሶ
𝑾𝒃𝒐𝒎𝒃𝒂

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FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO, GAS NATURAL Y PETROQUIMICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA PETROQUIMICA
Problema 2.
El fluido de trabajo de un ciclo simple de potencia de vapor recibe
100000 kJ/min en forma de calor a 800 K, y cede calor a 300 K. Si la bomba
requiere una potencia de 1400 kJ/min, determínese:
(a)
el rendimiento térmico de un ciclo internamente reversible
(b)
la potencia suministrada por la turbina en kW
(c)
Compárense los rendimientos térmicos teórico y del ciclo real calculado en
el problema 1

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FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO, GAS NATURAL Y PETROQUIMICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA PETROQUIMICA
Problema 3.
En un motor térmicamente irreversible, la transferencia de calor al
fluido de trabajo tiene lugar a
T
A
=750
, y la cesión de calor a
T
B
=300 K
.
Determínese :
(a)
El rendimiento térmico
(b)
El trabajo producido en kJ
(c)
El Q cedido en kJ, si el calor suministrado al motor es
1200 kJ
.
(d)
El rendimiento térmico y el trabajo neto de salida en kJ, para las
temperaturas de suministro del calor de:
350K, 400K, 500K, 600K, 800K, y
1000K
, y grafique l rendimiento térmico en función de