Este problema está describiendo una turbina de vapor a la que entra vapor a 30 kg/s, 6.205 kPa y 811 K con una velocidad de 10 m/s y sale a 9.859 kPa, 318.8 K y con una velocidad de 200 m/s. Adicionalmente, tanto el volumen específico como la energía interna son dados para ambas corrientes.
Con lo anterior, resulta posible escribir un balance de energía para esta turbina, despreciando todo efecto por energía potencial ya que no hay diferencia significativa entre la altura de la entrada (1) y la salida (2), pues están practicamente al mismo nivel:
[tex]mh_1+\frac{1}{2} mv^2_1=mh_2+\frac{1}{2} mv^2_2+Q_2+W_2[/tex]
Aquí vemos que la incógnita es [tex]W_2[/tex] como la potencia que produce la turbina. Ahora, el primer cáculo a realizar es el de las entalpías de las corrientes de entrada y salida, dada la energía interna, presión y volumen específico:
[tex]h_1=3150.3\frac{kJ}{kg}+6205kPa*0.05789\frac{m^3}{kg} =3509.51\frac{kJ}{kg}\\\\h_2=2211.8\frac{kJ}{kg}+9.859kPa*13.36\frac{m^3}{kg} =2342.72\frac{kJ}{kg}[/tex]
Ahora, podemos reacomodar el balance de energía con el fin de resolver [tex]W_2[/tex]:
[tex]W_2=m(h_1-h_2)+\frac{1}{2} m(v^2_1-v^2_2)-Q_2[/tex]
Finalmente, reemplazamos los valores para obtener:
[tex]W_2=10\frac{kg}{s} (3509.51-2342.72)\frac{kJ}{kg} +\frac{1}{2} *10\frac{kg}{s} [(10\frac{m}{s}) ^2-(200\frac{m}{s} )^2]*\frac{1kJ}{1000J} -30\frac{kJ}{s}\\\\W_2=11438.4 kJ/s=11438.4kW[/tex]
Es de precisar que la energía cinética como 1/2 m*v² resulta en Joules, por lo que hay que convertir a kilojoules para tener unidades consistentes de kilowatts al final.
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