Sistemas Abiertos: Determinación de la temperatura de salida de una tobera de vapor: Python y Excel
Primera Ley de la Termodinámica en Sistemas Abiertos.
1. Caso de estudio: Tobera de Vapor.
Hola a todos, en esta entrada les comparto este caso de estudio que involucra la determinación de la temperatura de salida de una tobera de vapor mediante el enfoque de la primera ley de la termodinámica.
Una tobera es un dispositivo que transforma la energía de un fluido (sea entalpía, calor o energía potencial) en energía cinética, aumentando la velocidad del fluido a la salida, ocasionando una aceleración. Las toberas se utilizan generalmente en motores (propulsión, a chorro, de inyección), en turbinas, compresores, inyectores, etc.
El planteamiento del caso de estudio y su resolución utilizando tablas de vapor de agua se presenta en el siguiente video:
2.0 Resolución alternativa:
A continuación se presenta una solución alternativa utilizando el polinomio de la capacidad calorífica para el vapor de agua, la integral de Cp y se plantea la resolución de la ecuación obtenida utilizando el lenguaje de programación Python en la plataforma Google Colab. (colab.research.google.com)
Información del uso de Google Colab.
2.1 Planteamiento y resolución de la ecuación en Python:
2.2 Resolución de la ecuación obtenida usando Excel:
2.3. Resolución de la ecuación mediante el Método Numérico de Newton-Raphson:
3. Discusión:
Analizando el valor obtenido para la temperatura del vapor a la salida de la tobera utilizando tablas de vapor, se obtuvo un valor de 661°F y calculado mediante integral de Cp se obtuvo un valor de 665.18°F.
Ambos valores son muy similares, sin embargo, el polinomio de Cp considera que el vapor agua es un gas ideal, por eso varió un poco respecto a los valores de tabla.
En el caso de contar con las tablas de propiedades de una sustancia pura se recomienda usarla debido a que ésta ya considera los cambios de Cp en función de la temperatura. Sin embargo, no se cuenta con tablas de muchos gases diferentes del agua, por lo que para otras sustancias sí se recomienda el uso del polinomio de Cp para calcular cambios de entalpía.
Eso es todo por esta entrada, hasta la próxima.
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