8/19/2019 Relación 1 - Fuentes de Energía Para Uso Térmico

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Tema 1 Fuentes de Energía

INGENIERÍA TÉRMICA II – GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA 1 Área de Máquinas y Motores Térmicos.Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera. Universidad de Jaén.© Fernando Cruz Peragón, José M. Palomar Carnicero 

TEMA 1.- FUENTES DE ENERGÍA

PROBLEMA 1

Una muestra de m = 1 Kg de carbón se calienta bajo vacío a 110ºC, reduciendo su peso a m 1 igual a 970 gramos. Seguidamente se mantiene a 955ºC durante 7 minutos en ausencia deoxígeno, quedando un residuos sólido de m2  = 910 gramos de peso. Finalmente se quema ,obteniéndose un residuo incombustible de m3  = 90 gramos de peso. Calcular: a)  Contenido dehumedad de la muestra. b) Índice de materias volátiles. c) Carbono fijo

PROBLEMA 2

Un combustible en base seca posee la composición siguiente: c: 53,94%; h: 6,46%; n: 1,03%; s:0,09%; o: 35,5%. Determine: a) Poder calorífico superior e inferior en bases seca (kJ/kg). b) Poder

calorífico inferior para una humedad de 2%, 10% y 30% en base húmeda (se estima que el calorlatente de vaporización del agua a presión atmosférica es de 600 kcal/kg).

PROBLEMA 3

Un combustible seco con la composición del ejercicio anterior se gasifica obteniendo, para unkilogramo de material, 2,5 m3N de gas pobre con la siguiente composición (% en volumen): 20%CO, 8%CO2, 17% H2, 2% CH4, 6%H2O, y 47%N2. Las entalpías de formación de los compuestosserán, en condiciones normales:

 !h0f, CO = -110530 kJ/kmol ;  !h0

f, CO2 = -393520 kJ/kmol ;  !h0f, CH4 (g)= - 78850 kJ/kmol

 !h0f, N2 = 0 kJ/kmol;  !h

0f, H2 = 0 kJ/kmol;  !h

0f, H2O (g)= - 241820 kJ/kmol

DETERMINAR: a) Relaciones estequiométricas de la combustión de estos productos. b) Deduzcasu poder calorífico inferior (kJ/m3 N) utilizando para cada componente la entalpía de formación enla combustión de cada componente. c) Deduzca su poder calorífico inferior (kJ/m3 N) utilizandopara cada componente las ecuaciones teórico-experimentales. d) El rendimiento de la gasificaciónes la relación entre la energía del combustible saliente y entrante al gasificador. Determine suvalor, considerando el PCI obtenido en el apartado b).

PROBLEMA 4

Un combustible cuya composición es: c = 82 %, h = 6 %, s = 3 %, y o = 9 %, tiene unatemperatura de entrada al hogar de 120ºC. El volumen total del humos es VT  = 9,088 Nm

3/kgcomb. Si la combustión es estequiométrica, calcular la temperatura teórica de la combustiónconsiderando que el calor específico medio de los humos se determinará por la siguienteexpresión:

3

7, 5 0, 664,186 º

22,4 22.400 p

t kJ c t en C  

m K 

! "! "= + # $# $

% &   % & 

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Tema 1 Fuentes de Energía

INGENIERÍA TÉRMICA II – GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA 2 Área de Máquinas y Motores Térmicos.Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera. Universidad de Jaén.© Fernando Cruz Peragón, José M. Palomar Carnicero 

PROBLEMA 5

La energía que entra a un sistema de producción de trabajo mecánico es de 1.000 kJ. Determine:a) Altura necesaria para que una masa de agua de 10m3  disponga de esa energía potencial. b) 

Velocidad del viento (densidad = 1,29 kg/m3

) para que, al barrer un área de 200m2

 se disponga deesa energía cinética durante un segundo. c) Masa de combustible si su PCI es de 20.000 kJ/kg.

PROBLEMA 6

Calcule el PCI , PCS y exergía química teóricos de los combustibles siguientes, a partir de sucomposición elemental en peso: a) Gas natural (c = 0,75; o = 0; h = 0,25; s = 0; n = 0; Nc = 1); b) Gas propano (c = 0,82; o = 0; h = 0,18; s = 0; n = 0; Nc = 3); c) Gas butano (c = 0,83; o = 0; h =0,17; s = 0; n = 0; Nc = 4); d) Gas pobre (c = 0,38; o = 0,43; h = 0,19; s = 0; n = 0; Nc = 5); e) 

 Antracita (c = 0,95; o = 0,01; h = 0,02; s = 0,01; n = 0,01); f) Cáscara de almendra (c = 0,52; o =0,41; h = 0,064; s = 0; n = 0,006); g) Orujillo seco y extractado (c = 0,54; o = 0,384; h = 0,065; s =

0,001; n = 0,01); h) Gasóleo (c = 0,86; o = 0,005; h = 0,13; s = 0,005; n = 0); i) Gasolina (c = 0,86;o = 0; h = 0,14; s = 0; n = 0);  j) Metanol (c = 0,38; o = 0,5; h = 0,13; s = 0; n = 0)

PROBLEMA 7

Calcule el grado de quemado y exergía de un combustible nuclear en estado sólido de uranio conlas siguientes premisas: a)  uranio natural (0,71% en peso U235  y 99,29% de U238); b)  óxido deuranio UO2  natural (0,71% en peso U

235  y 99,29% de U238); c) óxido de uranio UO2  enriquecido(2% en peso U235 y 98% de U238); d) carburo de uranio UC enriquecido (2% en peso U235 y 98% deU238); En todos los casos, TC = 1900K, y To = 293K.

PROBLEMA 8

Evalúe qué cantidad de energía y exergía (TS  = 5800K) solar anual incide en una superficiehorizontal en Jaén (GJ/m2.año) tomando datos de exposición global media en día medio de cadames H, y temperatura ambiente media t0 en horas de sol siguientes:

Parámetro/mes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Días del mes 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

H (MJ/m2.día) 6.7 10.1 14.4 18 20.3 24.4 26.7 24.1 19.211.9

8.1 6.5

To (ºC) 11 11 14 17 21 26 30 29 25 19 15 10

 Además, se supone una superficie colectora que:

a) tiene una orientación sur, con inclinación fija optimizada, ganando un 6% respecto a lasuperfiie horizontal

b) Se ‘mueve’ siguiendo al sol, de forma que la exposición global anual se incrementa en un30% con un movimiento a un eje

c) Se ‘mueve’ siguiendo al sol, de forma que la exposición global anual se incrementa en un50% con un movimiento a dos ejes.

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