> restart;#"m6_p04"

En una tubería de 2 cm2 de sección hay una válvula de paso semiabierta por la que entra propano a 3,42 MPa, 100 °C y 4 m/s, saliendo a 1,07 MPa. Calcular el gasto másico, y la temperatura y velocidad de salida.

Datos:

> read"../therm_eq.m":read"../therm_proc.m":with(therm_proc):

> su:="C3H8":dat:=[A=2e-4*m_^2,p1=3.42e6*Pa_,T1=(100+273)*K_,v1=4*m_/s_,p2=1.07e6*Pa_];

`:=`(dat, [A = `+`(`*`(0.2e-3, `*`(`^`(m_, 2)))), p1 = `+`(`*`(0.342e7, `*`(Pa_))), T1 = `+`(`*`(373, `*`(K_))), v1 = `+`(`/`(`*`(4, `*`(m_)), `*`(s_))), p2 = `+`(`*`(0.107e7, `*`(Pa_)))])

Image

Esquema:

> `:=`(Sistemas, [VCRE1E1S])

> `:=`(Estados, [1, 2])

Eqs. const.:

> eqETg:=subs(eq1_11,eq1_12);eqEE:=eq1_16;gdat:=get_gas_data(su):dat:=op(dat),Const,gdat,SI2,SI1:

`:=`(eqETg, `/`(`*`(m), `*`(V)) = `/`(`*`(p), `*`(R, `*`(T))))

`:=`(eqEE, DU = `*`(m, `*`(c[v], `*`(DT))))

a) Calcular el gasto másico, y la temperatura y velocidad de salida.

> mdot_:=subs(dat,p1*v1*A/(R*T1)):'mdot'=evalf(%,1);eqBM_:=p1*v1*A1/(R*T1)=p2*v2*A2/(R*T2);eqBE_:=c[p]*T1+v1^2/2=c[p]*T2+v2^2/2;sol1:=allvalues(subs(A1=A,A2=A,dat,SI0,solve({eqBM_,eqBE_},{v2,T2})))[2]:'T2'=evalf(subs(sol1,T2),3)*K_;'v2'=evalf(subs(sol1,v2),3)*m_/s_;

mdot = `+`(`/`(`*`(0.4e-1, `*`(kg_)), `*`(s_)))

`:=`(eqBM_, `/`(`*`(p1, `*`(v1, `*`(A1))), `*`(R, `*`(T1))) = `/`(`*`(p2, `*`(v2, `*`(A2))), `*`(R, `*`(T2))))

`:=`(eqBE_, `+`(`*`(c[p], `*`(T1)), `*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(v1, 2)))) = `+`(`*`(c[p], `*`(T2)), `*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(v2, 2)))))

T2 = `+`(`-`(`*`(0.267e7, `*`(K_))))

v2 = `+`(`-`(`/`(`*`(0.916e5, `*`(m_)), `*`(s_))))

Modelo de estados correspondientes

> eqBM_:=p1*v1*A1/(Z1*R*T1)=p2*v2*A2/(Z2*R*T2);eqBE_:=c[p]*T1-hcc1+v1^2/2=c[p]*T2-hcc2+v2^2/2;

`:=`(eqBM_, `/`(`*`(p1, `*`(v1, `*`(A1))), `*`(Z1, `*`(R, `*`(T1)))) = `/`(`*`(p2, `*`(v2, `*`(A2))), `*`(Z2, `*`(R, `*`(T2)))))

`:=`(eqBE_, `+`(`*`(c[p], `*`(T1)), `-`(hcc1), `*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(v1, 2)))) = `+`(`*`(c[p], `*`(T2)), `-`(hcc2), `*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(v2, 2)))))

> pR1:=subs(dat,p1/p[cr]):'pR1'=evalf(%,1);TR1:=subs(dat,T1/T[cr]):'TR1'=evalf(%,3);Z1:=0.62;hcc1:=12*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,T[cr]/M):'hcc1'=evalf(%/(1000*J_/kJ_),3);pR2:=subs(dat,p2/p[cr]):'pR2'=evalf(%,2);

pR1 = .8

TR1 = 1.01

`:=`(Z1, .62)

hcc1 = `+`(`/`(`*`(101., `*`(kJ_)), `*`(kg_)))

pR2 = .25

> eqBM__:=subs(A1=A,A2=A,dat,SI0,eqBM_):'eqBM'=evalf(%,2);eqBE__:=subs(dat,SI0,eqBE_):'eqBE'=evalf(%,2);

eqBM = (0.63e-1 = `+`(`/`(`*`(1.1, `*`(v2)), `*`(Z2, `*`(T2)))))

eqBE = (0.48e6 = `+`(`*`(0.16e4, `*`(T2)), `-`(`*`(1., `*`(hcc2))), `*`(.50, `*`(`^`(v2, 2)))))

> T2_:=373*K_;TR2:=subs(dat,T2_/T[cr]):'TR2'=evalf(%,3);Z2:=0.92;hcc2:=2*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,T[cr]/M):'hcc2'=evalf(%/(1000*J_/kJ_),3);sol1:=fsolve(subs(SI0,{eqBM__,eqBE__}),{v2,T2},v2=0..100):'T2'=evalf(subs(sol1,T2),3)*K_;'v2'=evalf(subs(sol1,v2),3)*m_/s_;

`:=`(T2_, `+`(`*`(373, `*`(K_))))

TR2 = 1.01

`:=`(Z2, .92)

hcc2 = `+`(`/`(`*`(16.8, `*`(kJ_)), `*`(kg_)))

T2 = `+`(`*`(319., `*`(K_)))

v2 = `+`(`/`(`*`(16.2, `*`(m_)), `*`(s_)))

> T2_:=319*K_;TR2:=subs(dat,T2_/T[cr]):'TR2'=evalf(%,3);Z2:=0.90;hcc2:=2.5*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,T[cr]/M):'hcc2'=evalf(%/(1000*J_/kJ_),3);sol1:=fsolve(subs(SI0,{eqBM__,eqBE__}),{v2,T2},v2=0..100):'T2'=evalf(subs(sol1,T2),3)*K_;'v2'=evalf(subs(sol1,v2),3)*m_/s_;

`:=`(T2_, `+`(`*`(319, `*`(K_))))

TR2 = .862

`:=`(Z2, .90)

hcc2 = `+`(`/`(`*`(21.0, `*`(kJ_)), `*`(kg_)))

T2 = `+`(`*`(322., `*`(K_)))

v2 = `+`(`/`(`*`(16.0, `*`(m_)), `*`(s_)))

>