INGENIERÍA DE PROCESOS Seminario N°1 Requerimientos de Energía

UPC UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS[pic 1]

 Carrera de Ingeniería Industrial

 INGENIERÍA DE PROCESOS

Seminario N°1

Requerimientos de Energía

Consumo de combustible

1. Deseamos calentar 5 L de agua a 25°C hasta 100°C utilizando un quemador de butano de 2,5 kw con un rendimiento (eficiencia) del 60%. Calcule el tiempo necesario para el calentamiento.

Dato:   Densidad del agua = 1000 kg/m3 , Cv = 4.18 kJ/kg.K

1. Un motor de gasoil eleva mediante una grúa un peso de 950 kg a una altura de 25 m. Calcula la cantidad (kg) de gasoil que debe quemar el motor si el rendimiento es del 30 %.

Dato:  Poder calorífico (PC) del gas oil = 10 300 kcal/kg.        1 kcal = ¿?

1. Una fábrica necesita 10 000 Kwh. diarios. Calcule la masa de combustible que se necesita y el costo de producir esta energía, si utiliza carbón de hulla cuyo poder calorífico es 7000 kcal/kg y el costo unitario de combustible es 0.45 soles/kg. Además, se sabe que la eficiencia de la combustión es del 60 %.

1. Una central térmica de carbón de hulla (P.C. = 28000 kJ/kg) tiene una potencia de salida de 1000 MW y su eficiencia es del 30 %. Se pide: a) Flujo de calor que hay que suministrar. b) Masa de carbón que hay que quemar por segundo.

1. Una central eléctrica produce 850 MW de potencia eléctrica a partir de carbón (combustible). El 33% del calor que entrega el combustible por la combustión se convierte en potencia eléctrica. Si el poder calorífico del combustible es 30 000 kJ/kg, a) ¿Qué flujo de calor recibe la central? B) ¿Qué flujo de combustible consume la central?

1. Cierta empresa utiliza aire caliente en uno de sus procesos necesitando calentar diariamente 1x105 m3 de aire atmosférico en una hora, para lo cual utiliza gas licuado de petróleo (GLP), combustible que transfiere el 75% de su energía máxima (eficiencia). El aire eleva su temperatura de 20°C hasta 50°C.    a) Calcule la cantidad de energía que requiere el aire por hora (kJ).  

b) Determine la cantidad de calor que el combustible debe entregar para calentar el aire a la temperatura deseada, por hora (kJ).                          

c)  Busque el poder calorífico del GLP y calcule los kilos de este combustible que se requiere por hora              d) Averigüe el costo de un balón de gas y calcule el gasto mensual de combustible, si el régimen de operación es de 8 horas diarias.

Datos para el aire: CV = 0.716 kJ/kg K masa molar = 29 kg/kmol PATM = 100 kPa

1. La central térmica de Andorra (España) tiene 3 plantas termoeléctricas de 350 MW cada una. Utiliza carbón (lignito) con un poder calorífico de 29 000 kJ/kg y quema (mediante 24 quemadores), 188 ton/h de carbón en cada una de sus plantas. Una de estas plantas es destinada para abastecer a la población de una ciudad cercana. El consumo promedio de energía diariamente es de 12.5 kWh por vivienda. a. Determine la eficiencia en la conversión de energía, es decir, ¿qué porcentaje de la energía que entrega el carbón, se convierte en potencia eléctrica? b. Calcule el número de vivienda s que puede abastecer de energía esta planta de la central térmica de Andorra.[pic 2]

1. Se le pide diseñar un sistema de calefacción para una piscina de 2 m de profundidad por 25 m de largo y 25 m de ancho. Su cliente desea que el sistema de calefacción sea lo suficientemente grande para elevar la temperatura del agua de 20oC a 30oC en 3 horas. La tasa de pérdida de calor del agua hacia el aire es de 0.960 kW /m2 de área superficial y el calentador debe mantener la piscina en 30oC en estas condiciones. Las pérdidas de calor por las paredes y el piso pueden despreciarse. El calentador es un quemador de gas natural (poder calorífico = 40 000 kJ/kg) con una eficiencia de 80%. Su cliente quiere saber, cuántos kilos de combustible por hora va a consumir el calentamiento de la piscina. a) Realice un esquema gráfico en donde se pueda observar los sistemas que le permitirán resolver el problema. Indicar variables y datos. b) Calcule la cantidad de calor neta que requiere el agua para calentarse, en kJ. c) Determine la cantidad de calor que debe suministrar el combustible, en kJ. d) Calcule los kilos de combustible que deben quemarse por hora.

Dato:     CP (agua) = 4.18 kJ/kg.oC (para líquidos CV = CP)

Consumo de electricidad

1. ¿Cuánto tiempo han estado encendidas las 6 lámparas de bajo consumo de 11 W de potencia cada una,

       si la compañía eléctrica ha facturado 4, 15 €?. El precio del kWh es de 0,15 €.

[pic 3]

1. Una escuela paga $0.09/kWh. Para reducir sus costos de energía, la escuela instala una turbina de viento (ver figura) con una potencia nominal de 30 kW. Si la turbina trabaja 2200 horas por año a su potencia nominal, determine la cantidad de energía eléctrica generada por la turbina y el dinero que ahorra la escuela por año.

https://www.youtube.com/watch?v=QhGLmBECQfg

https://www.youtube.com/watch?v=y46MeMRx1qw

1. En una habitación, un calentador de resistencia eléctrica de 2 kW se mantiene encendido durante 30 minutos. ¿Qué cantidad de energía transfiere el calentador a la habitación si su eficiencia es 85%? ¿Cuál será el consumo de energía mensual, expresado en kWh, si diariamente se prende 4 horas?

1. Una terma de 30 L de capacidad debe calentar agua desde 20oC a 65oC. El agua se calienta mediante resistencia eléctrica de 2.5 kW y la eficiencia en la transferencia de energía al agua es de 80 %.

a.   ¿Cuánto calor (en kJ) absorbe el agua?

b.   ¿En cuánto tiempo (en min) se calienta el agua?

c.    ¿Cuál es el consumo mensual de electricidad (en kWh) si se calienta el agua dos veces al día?

...