>	restart;#"m6_p20"

En una turbina de rendimiento adiabático 0,85 se expande etileno desde 177 °C y 30 MPa hasta 6 MPa. El gasto a la entrada es de 1 m3 por minuto, y las condiciones ambiente son 15 °C y 100 kPa. Se pide:

a)•Representación del proceso en los diagramas T s y p h.

b)•Densidad del etileno a la entrada y gasto másico.

c)•Potencia que proporcionará la turbina.

d)•Variación de la exergía de la corriente e irreversibilidad del proceso.

e)•Potencia máxima que podría haberse obtenido si sólo se hubieran especificado las condiciones de entrada y la presión de salida (pero no el proceso).

Datos:

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

>	su:="C2H4":dat:=[eta=0.85,T1=(177+273)*K_,p1=30e6*Pa_,p2=6e6*Pa_,C=1/60*m_^3/s_];

Esquema:

>

>

Eqs. const.:

>	eqET:=rho=p/(Z*R*T);eqEE:=eq1_16;gdat:=get_gas_data(su):ldat:=get_liq_data(su):dat:=op(dat),Const,gdat,ldat,SI2,SI1:get_pv_data(su):T[cr]=subs(dat,T[cr]),p[cr]=evalf(subs(dat,p[cr])/(1e6*Pa_/MPa_),3);

a)•Representación del proceso en los diagramas T s y p h.

b)•Densidad del etileno a la entrada y gasto másico.

>	pR1_:=subs(dat,p1/p[cr]):'pR1'=evalf(%,3);TR1_:=subs(dat,T1/T[cr]):'TR1'=evalf(%,3);Z1_:=0.95;rho1_:=subs(p=p1,T=T1,Z=Z1_,dat,solve(eqET,rho)):'rho1'=evalf(%,3);mdot_:=subs(dat,rho1_*C):'mdot'=evalf(%,2);

c)•Potencia que proporcionará la turbina.

>

P:=mdot*(h1-h2);P:=mdot*(h1-h2s)*eta;P:=mdot*(c[p]*(T1-T2s)-hcc1+hcc2s)*eta;eq0:=0=s1-s2s;eq0:=0=c[p]*ln(T1/T2s)-R*ln(p1/p2s)-scc1+scc2s;p2s:=p2:pR2_:=subs(dat,p2/p[cr]):'pR2'=evalf(%,2);hcc1_:=15*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,T[cr]/M):'hcc1'=evalf(%/(1e3*J_/kJ_),3);scc1_:=7*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M):'scc1'=evalf(%,3);

>	scc2s_:=0*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M):TR2s_:=subs(dat,evalf(subs(scc1=scc1_,scc2s=scc2s_,dat,solve(eq0,T2s)/T[cr]))):'TR2s'=evalf(%,2);

>	scc2s_:=30*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M):TR2s_:=subs(dat,evalf(subs(scc1=scc1_,scc2s=scc2s_,dat,solve(eq0,T2s)/T[cr]))):'TR2s'=evalf(%,3);

>	scc2s_:=2*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M):TR2s_:=subs(dat,evalf(subs(scc1=scc1_,scc2s=scc2s_,dat,solve(eq0,T2s)/T[cr]))):'TR2s'=evalf(%,3);

>	scc2s_:=15*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M):TR2s_:=subs(dat,evalf(subs(scc1=scc1_,scc2s=scc2s_,dat,solve(eq0,T2s)/T[cr]))):'TR2s'=evalf(%,3);

>	scc2s_:=6*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M):TR2s_:=subs(dat,evalf(subs(scc1=scc1_,scc2s=scc2s_,dat,solve(eq0,T2s)/T[cr]))):'TR2s'=evalf(%,3);

>	scc2s_:=8*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M):TR2s_:=subs(dat,evalf(subs(scc1=scc1_,scc2s=scc2s_,dat,solve(eq0,T2s)/T[cr]))):'TR2s'=evalf(%,3);

>

scc2s_:=7*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M):TR2s_:=subs(dat,evalf(subs(scc1=scc1_,scc2s=scc2s_,dat,solve(eq0,T2s)/T[cr]))):'TR2s'=evalf(%,3);T2s_:=subs(dat,TR2s_*T[cr]):'T2s'=evalf(%,3);hcc2s_:=7*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,T[cr]/M):'hcc2s'=evalf(%/(1e3*J_/kJ_),2);P_:=subs(T2s=T2s_,hcc1=hcc1_,hcc2s=hcc2s_,mdot=mdot_,dat,P):'P'=evalf(%/(1e3*W_/kW_),3);

d)•Variación de la exergía de la corriente e irreversibilidad del proceso.

>	DPhi:=mdot*(Dh-T0*Ds);T2_:=subs(dat,solve(subs(hcc2_=6*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,T[cr]/M),dat,P_=mdot_*(c[p]*(T1-T2)-hcc1_+hcc2_)),T2)):'T2'=evalf(%,3);

>

Dh_:=subs(dat,P_/mdot_):'Dh'=evalf(%/(1e3*J_/kJ_),2);Ds_:=evalf(subs(scc2_=6*(J_/(mol_*K_))*subs(dat,1/M),dat,c[p]*ln(T1/T2_)-R*ln(p1/p2s)-scc1_+scc2_)):'Ds'=subs(m_^2=J_*s_^2/kg_,evalf(%,2));DPhi_:=subs(dat,mdot_*(Dh_-T0*Ds_)):'DPhi'=evalf(%/(1e3*W_/kW_),3);Irr_:=DPhi_-P_:'Irr'=evalf(%/(1e3*W_/kW_),2);

e)•Potencia máxima que podría haberse obtenido si sólo se hubieran especificado las condiciones de entrada y la presión de salida (pero no el proceso).

>	Pmax_:=DPhi_:'Pmax'=evalf(%/(1e3*W_/kW_),3);

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