UNIVERSIDAD DE TALCAFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA MECANICA

PRIMERA PRUEBA DE TERMOTECNIA

Prof. Felipe Tirado D. Nombre Alumno: 30/012/2011------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------MATERIA: (3 ptos, 0.1 pto cada respuesta correcta) Marque con un círculo la respuesta más correcta de las tres alternativas dadas. Por 4 respuestas incorrectas se resta una buena.1.- La Energía Nuclear.

A) No produce humo ni dióxido de carbono, ni favorece el efecto invernadero; en consecuencia, resulta útil como sustituto de los combustibles fósiles.

B) Por fisión de una libra (0.5 Kg.) de uranio libera una cantidad de energía equivalente a quemar 50 toneladas de carbón.

C) Ambas respuestas anteriores

2.- Uno de los instrumentos que se usa para medir el flujo de vapor en calderas, se llamaA) AnemómetroB) LuxómetroC) Ninguno de los anteriores

3.-La temperatura del agua dentro de la caldera es directamente proporcional a A) las pérdidas de calor que tiene el generador de vaporB) la presión absoluta de trabajo del generador de vaporC) la cantidad de combustible que se combustiona

4.- El Análisis Elemental del Carbón, entrega la siguiente informaciónA) % en peso de la Humedad, Azufre, Oxígeno y CenizasB) % en peso de Cenizas, Carbono fijo, Materia volátil y humedadC) ninguna de las anteriores

5.- El precio internacional del petróleo, se fija tomando como referenciaA) su densidad medida en grados API igual a 32B) su densidad medida en grados API menor que 32C) su densidad medida en grados API mayor que 32

6.- El gas natural esta formado principalmente porA) butano y propanoB) benceno y toluenoC) metano y etano

7.- La pirolisis consiste en la destilaciónA) húmeda de la madera, paja de arroz o aserrínB) seca de la madera, paja de arroz o aserrínC) ninguna de las anteriores

8.- Las pruebas especiales, se hacen a los generadores de vapor cuandoA) se quiere saber la calidad de planchas y soldaduras en calderas B) las calderas se hayan sometido a recalentamientos o deformacionesC) ambas respuestas A) y B)

9.- La válvula de seguridad del generador de vapor, se regula a 6% de la presión de trabajo conA) una prueba hidráulicaB) una prueba de acumulaciónC) una prueba con vapor

10.- El calentamiento global de la tierra, se debe al efecto invernadero el cual se produce por

A) la combustión de los combustibles fósilesB) la destrucción de bosques tropicales por el método de cortar y quemarC) ambas respuestas anteriores

11.-El vapor que sale de una caldera es A) saturado, con una pequeña cantidad de humedad y se debe limpiar para eliminar los posibles sólidos que están en suspensión B) saturado y sale totalmente limpio C) recalentado y sale limpio 12.-Una caldera pirotubular corresponde a A) una caldera de tubos de agua B) una caldera de tubos de humos C) una caldera con gases de la combustión alrededor de los tubos

13.-La producción de una caldera se mide según la A.S.M.E .en A) Kg. de vapor/hora B) BTU/hora C) ambas respuestas anteriores (A y B)

14.- Si se realiza un Balance Térmico, tomando como base la potencia calorífica Inferior, tenemos que las siguientes pérdidas de calor valen cero

A) debido a la humedad del combustible y humedad del aireB) debido a la combustión del hidrógenoC) debido a la humedad del combustible, humedad del aire y combustión del

hidrógeno

15.-Los procesos industriales utilizan vapor saturado, porque A) es más fácil producirlo B) utilizan calderas y no generadores de vapor y son más económicas C) el proceso industrial generalmente se realiza a temperatura constante

16.-Para mejorar el rendimiento térmico de un generador de vapor, se debe A) aumentar la presión y temperatura del vapor de salida B) calentar el agua de alimentación C) aumentar la masa de vapor producida, suministrando más agua de alimentación

17.- La Cogeneración esA) la generación de electricidad en centrales termo eléctricas y aprovechar el vapor

de salida de la turbina en los procesos industrialesB) la generación de electricidad con un grupo electrógeno y producir energía

térmica aprovechando el calor de los gases de la combustión y del agua de refrigeración del motor para calefaccionar un determinado recinto.

C) ambas respuestas anteriores

18.-Para una misma superficie de calefacción A) las calderas acuotubulares comparada con una ignitubular, tienen una mayor transmisión de calor B) las calderas pirotubulares comparada con una acuotubular, tiene una mayor transmisión de calor C) ninguna de las anteriores

19.- La composición de los gases de la combustión, depende deA) el tipo de combustibleB) la relación aire/combustibleC) ambas respuestas anteriores

20.- La venta de bono carbono, es un negocioA) Legal, apoyado por todos los países del mundoB) Que lo avala el protocolo de KyotoC) Ilegal, porque afecta el medio ambiente

21.- Superficie de calefacción indirecta de una caldera esA) la transmisión de calor se realiza principalmente por radiaciónB) la transmisión de calor principalmente se realiza por convecciónC) la transmisión de calor se realiza principalmente por conducción

22.- Los economizadores son calentadores de agua de alimentación que utilizan como fluido calienteA) los gases caliente productos de la combustiónB) la letra a) o extracciones de vaporC) la letra b) o aire caliente

23.- Las aeroturbinas de eje vertical son losA) Molinos multipalas y aerogenerador darreuxB) Aerogeneradores de hélice y rotores savoniusC) Rotores savonius y aerogeneradores darreux

24.- Las centrales termo eléctricas producen una contaminación térmica porqueA) producen alteraciones del microclima del lugar, por la formación de nubes de vaporB) produce emisiones de partículas y gases de combustiónC) utiliza como combustible principal el carbón

25.- La dureza del agua se mide ena) ppmb) miligramos por litroc) ambas respuestas anteriores

26.- Los evacuadores de escoria y cenizas en centrales térmicas que utilizan gas natural como combustible sona) evacuadores hidráulicos y transportadores neumáticosb) camiones, vagonetas o transportadores de cadenac) ninguna de las respuestas anteriores

27.- Los stoker consisten ena) una combinación de parrilla y de un dispositivo alimentador de combustible movido mecánicamenteb) introducir el carbón por debajo del lecho de combustible, para que este pase incandescente por la retortac) ninguna de las respuestas anteriores

28.- Las energías primarias son por ejemploA) leña, carbón, gasolinaB) electricidad, carbón y hidráulicaC) carbón, petróleo y leña

29.- Las calderas pirotubulares se recomienda paraA) grandes producciones de vapor, en especial para centrales termoeléctricas B) desarrollar grandes presiones de trabajos, sobres 15 Kg/cm2

C) ninguna de las respuestas anteriores

30.- El factor de vaporización relacionaA) el calor que se requiere para vaporizar 1 Kg. de agua en condiciones reinantes en la caldera y el calor utilizado al vaporizar un Kg de agua a 100ºC y presión atmosférica normal.B) Son los Kg. de agua que se vaporizan a 100ºC y presión atmosférica normal al absorber la misma cantidad de calor al vaporizar 1 Kg. de agua en condiciones reinantes de la calderaC) ambas respuestas anteriores

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PRIMERA PRUEBA DE TERMOTECNIA

Prof. Felipe Tirado D. 30 de Diciembre de 2011

II) Problemas (3 ptos. 1 pto c/u)

1.- Se combustiona gasolina típica C8H18, con un 9% de exceso de aire.Si en el país hay 3.000.000.- de vehículos que consumen cada una de ellos 1700 litros de gasolina por mes (0,92 ton/m3).Determinar las toneladas de anhídrido carbónico por año, que impactan en el efecto invernadero que esta ocurriendo en nuestro planeta.Si la tonelada por año de anhídrido carbónico se transa en el mercado del Bono de Carbono en U$4.-, calcular ¿Cuanto dinero se tendría disponible para eliminar este contaminante?

2.- Se combustiona gas licuado (92% de propano C3H8, 7% de butano C4H10 y un 1% de CO2 + N2; % en peso), con un 6% de exceso de aire-Los gases de la combustión de este gas, se mezclan con aire atmosférico normal en proporción de 1:6 en volumen.Se requieren 350 m3/h de esta mezcla para deshidratar manzanas a una temperatura de 65ªC.Determinar el costo de funcionamiento continuo para este proceso de secado, si consideramos que los 15 Kg de gas licuado valen

3.- (1 punto) Para una aplicación industrial, se debe saturar en vapor seco 4550 Kg. de vapor/h, que inicialmente se encuentra a una presión de 28 Kg/cm2 abs. y una temperatura de 304,4° C, Para lograrlo anterior, se utiliza por hora 2270 Kg. de agua.

a) si el saturador es de superficie, determinar la temperatura de salida del agua, si entra a 37,8° C.

b) Si se utiliza un saturador de mezcla. Determinar todas las propiedades termodinámicas que definan el estado real de entrada del agua. Utilice la misma cantidad de agua de alimentación que la pregunta anterior

1.- El gas licuado se obtiene del proceso de destilación fraccionada del petróleo crudo y los principales componentes sonA) Metano y EtanoB) Etano y PropanoC) Propano y Butano

2.- La ecuación de Dulong, relacionaA) El análisis elemental en peso del combustible sólido y su potencia calorífica superiorB) El análisis químico en peso del combustible sólido y la potencia calorífica superiorC) Ninguna de las respuestas anteriores

3.- Las calderas pirotubulares se recomienda paraA) grandes producciones de vapor, en especial para centrales termoeléctricas B) desarrollar grandes presiones de trabajos, sobres 15 Kg/cm2

C) ninguna de las respuestas anteriores

4.- El factor de vaporización relacionaA) el calor que se requiere para vaporizar 1 Kg. de agua en condiciones reinantes en la caldera y el calor utilizado al vaporizar un Kg de agua a 100ºC y presión atmosférica normal.B) Son los Kg. de agua que se vaporizan a 100ºC y presión atmosférica normal al absorber la misma cantidad de calor al vaporizar 1 Kg. de agua en condiciones reinantes de la calderaC) ambas respuestas anteriores

5.-El reglamento de calderas y generadores de vapor se aplica a calderas de calefacción, cuandoA) trabajan a presiones de trabajo superiores a 0,5 Kg/cm2B) producen vapor de aguaC) esta pregunta no corresponde, no se aplica este reglamento a calderas de calefacción

6.-La temperatura del agua dentro de la caldera es directamente proporcional a A) las pérdidas de calor que tiene el generador de vaporB) la presión absoluta de trabajo del generador de vaporC) la cantidad de combustible que se combustiona

7.-La válvula de seguridad del generador de vapor, se regula conA) una prueba hidráulicaB) una prueba de acumulaciónC) una prueba con vapor

8.-Los generadores de vapor que funcionan automáticamenteA) no requieren de operadores de calderaB) requieren de a lo menos de un operador para la puesta en marcha del generador autorizado por el Servicio Nacional de SaludC) siempre requiere de operadores de caldera, durante su funcionamiento y deben tener un certificado de competencia otorgado por el S.N.S.

9.-Las pruebas especiales, se hacen a los generadores de vapor cuandoA) se quiere saber la calidad de planchas y soldaduras en calderas B) las calderas se hayan sometido a recalentamientos o deformacionesC) ambas respuestas A) y B)

10.-El reglamento de calderas y generadores de vapor del S.N.S. no se aplica aA) calderas móvilesB) calderas cuya presión de trabajo no exceda de 1 Kg/cm2

C) las calderas empleadas en calefacción central de edificios cuya presión no exceda a 0,8Kg/cm2

11.-Superficie de calefacción indirecta de una caldera esA) la transmisión de calor se realiza principalmente por radiaciónB) la transmisión de calor principalmente se realiza por convecciónC) la transmisión de calor se realiza principalmente por conducción

12.-El Tapón fusible de acuerdo al reglamento de calderas, se empleará en calderas deA) gran volumen de agua y de hogar internoB) mediano volumen de agua y hogar internoC) gran volumen de agua y hogar externo

13.-Todas las calderas dispondrán de un sistema de alarma, acústico o visual que funciona cuandoA) el nivel del agua alcance el nivel mínimoB) el nivel del agua alcance el nivel máximoC) el nivel del agua alcance el nivel mínimo o máximo

14.- Un petróleo liviano, tiene una mayor producción de gasolina, alcanzando a unA) 30% del crudo que se destileB) 50% del crudo que se destileC) 65% del crudo que se destile

15.- La empresa Enap Sipetrol, A) es una filial nacional que tiene la misión de producir gas natural licuadoB) es una filial internacional que explora y produce hidrocarburos fuera de ChileC) ninguna de las respuestas anteriores, no existe esta filial.

16.- El gas natural es considerado un combustible limpio, porqueA) virtualmente no genera dióxidos de azufre y las emisiones de (NO), son menores que las generadas por el carbón y petróleoB) las emisiones de anhídrido carbónico son inferiores a los otros combustibles fósilesC) ambas respuestas anteriores

17.- El gas natural en Chile se utilizan principalmente en centrales termo eléctricas de ciclo combinado, eso significa queA) esta energía se transforma solo en energía eléctricaB) esta energía se transforma en energía eléctrica y energía térmica que se utiliza en procesos industrialesC) los ciclos termodinámicos que gobiernan esta transformación de energía son el ciclo Brayton y el ciclo regenerativo

18.- Un carbón que posea una mayor cantidad de carbono fijo y mayor potencia calorífica, indica queA) los % de hidrógeno y nitrógeno son mínimosB) la humedad y la materia volátil son mínimosC) el combustible no tiene azufre

19.- Los principales contaminantes primarios que produce la combustión del carbón sonA) PM10, NO y NO2

B) PM10, NO, SO2 Y COC) PM10, CO2, CO, SO2, NO Y NO2

20.- La energía extraída por un aerogenerador depende deA) la velocidad y densidad del viento y el diseño técnico

B) el área del rotor, la velocidad del vientoC) el diseño técnico, área del rotor, velocidad y densidad del viento

21.- Los aeroturbinas de eje vertical son losA) Molinos multipalas y aerogenerador darreuxB) Aerogenerador de hélice y rotor savoniusC) rotor savonius y aerogenerador darreux

22.- La diferencia entre la energía solar pasiva y la activa es (son)A) que la energía solar pasiva no requiere de ningún sistema mecánico para su funcionamientoB) que la energía solar pasiva es el aprovechamiento de la energía solar de forma directaC) ambas respuestas anteriores

23.- El material base de las celdas fotovoltaicas es el silicio y el mas eficiente es elA) silicio mono cristalinoB) silicio Poli CristalinoC) silicio Amarfo

24.- Los principales componentes del biogás sonA) Sulfuro de hidrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbonoB) Etano, hidrógeno, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógenoC) hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono y metano

25.- La compañía alemana Conergy, tiene un plan ambicioso para producir biogás en Chile, utilizando como materia primaA) los residuos de mataderosB) las tunas C) maíz de silos

26.- Las principales ventajas de la cogeneración sonA) producción de electricidad a bajo costo, la cual puede ser vendida a la red localB) produce una reserva de energía eléctrica en los centros de producción y disminuye la contaminación atmosféricaC) inversión inicial es baja comparada con centrales de ciclo combinado y utilizan biomasa

27.- Una planta termo eléctrica tiene una eficiencia de transformar la energía de un 30%, si esta planta cogenera, la eficiencia en transformar la energía, puede llegar a:A) 84%B) 70%C) 95%

28.- El % de exceso de aire de una combustión real, se mide con respecto aA) la masa real de aire secoB) la masa teórica de aire secoC) la masa real de aire húmedo

29.- La unidad de potencia de caldera esA) HpB) kWc) adimensional

30.- La producción de vapor, según ASME, se mide enA) toneladas de vapor/ horaB) BTU/hC) kW-h

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INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA

PRIMERA PRUEBA DE MAQUINAS TERMICAS

Prof. Felipe Tirado D. 09/Mayo/2007II. Problemas; 3 puntos, cada problema tienen igual valor.

1.- La producción de una caldera según ASME esde1.147.386, 88 BTU/h, con un rendimiento térmico de un 65%.La presión de trabajo de la caldera es de 9,514 Kg./cm2 y el vapor de salida de la caldera tiene una humedad de 2%.Se utiliza leña como combustible, la cual tiene una potencia calorífica superior de 3500 Kcal./kg.Por razones de mal funcionamiento la temperatura del agua de alimentación baja de 80,47 a 38,74 °CCalcular

A) La nueva producción de vapor, para situación planteadaB) El dinero extra que se debe gastar para mantener la producción de vapor inicial

inalterable

Nota: asuma que la eficiencia térmica para ambas situaciones se mantiene, la caldera trabaja en condiciones atmosférica normales y que un m3 de leña (550 Kg.) valen $18000

2.- Se combustiona gas licuado (92% de propano, C3H8, 7% de butano C4H10 y un 1% de CO2+N2) con un 6% de exceso de aire.Los gases de la combustión de este gas se mezclan con aire atmosférico normal en proporción de 1:6 en volumen. Se requieren 350 m3/h de esta mezcla para deshidratar manzanas a una temperatura de 65 C.Determinar el costo de funcionamiento durante un mes de funcionamiento continuo para este proceso de secado, si consideramos que 15 Kg. de gas licuado valen $11500.

3.= Se combustiona 100 kg de carbón por hora, cuyo análisis químico es el siguiente: C=65%; H2=5%; N2= 1%; O2= 4%; S= 2%; humedad 8% y cenizas 15%.El análisis de los gases de la combustión, medido mediante un analizador del tipo Orsat, dio los siguientes valores:CO2= 10%; CO= 1% y O2=9%.En el cenicero se reciben 20 Kg./h de residuos, de los cuales el 7% es carbón.Determinar el % de exceso de aire de la combustión

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INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA

PRIMERA PRUEBA DE MAQUINAS TERMICAS

Prof. Felipe Tirado D. 21/04/2008II) PROBLEMAS 3 ptos.

1.- Una caldera a vapor produce 100 (Kg. de vapor / HPn – h), a una presión absoluta de 7,03 (Kg/cm2) y una temperatura de 164,3 °C. El agua de alimentación entra a la caldera a una presión absoluta de 7,03 (Kg./cm2) y una temperatura de 82,2 °C. Se sabe que la caldera desarrolla una potencia de 100 BHP, la cual corresponde al 400% de su potencia nominal.Determinar

a) (0,5) La producción de la Caldera, medido en (BTU/h)b) (0,5) La vaporización equivalente y explique que significa el valor

obtenidoc) (0,5) El número de tubos que requiere la caldera, si es ignitubular de un

solo paso de gases y vertical. Asuma que los tubos tienen un diámetro interior de 3”, un espesor de pared de 3mm y un largo total del tubo de 200 (cm). El calor solo se transmite por convección.

2.- En los ensayos realizados en una caldera a vapor, se obtuvieron las siguientes observaciones:

- Carbón empleado 170 Kg/h. Su análisis químico es C = 70%; O2 = 5%; S = 1%; H2 = 6%; N2 = 12% y humedad 4%

- Presiones: Vapor de salida 22,75 Kg/cm2

- Temperaturas: Agua de alimentación = 79,5°C , vapor de salida = 315,5 °C; Gases de los humerales en la base de la chimenea = 287,7 °C y sala de calderas = 26,7 °C.

Se realiza una prueba de producción de vapor en la caldera, dando los siguientes resultados:

Estanque de sección circular de 1 m de diámetro y 2 m de altura Volumen inicial de agua a 4,2 °C es de 1 m3

El nivel del agua sube en 15 min, 42,67 cm. y alcanza una temperatura final en el agua de 46,1 °C

Si la relación aire combustible en peso es 16 y la presión barométrica del lugar es de 750 mm de columna de Hg. Determinar

a) (0,7) El dinero que se pierde por mal funcionamiento, durante un año de operación de la caldera en forma continua, La tonelada de carbón vale $ 40.000.-

b) (0,8) La pérdida de calor total por los gases de la chimenea, sin considerar las pérdidas de calor por humedad del aire. Considere que el calor específico medio de los gases es 0,24 ( Kcal/ Kg °K)

1.- La producción de una caldera según ASME esde1.147.386, 88 BTU/h, con un rendimiento térmico de un 65%.La presión de trabajo de la caldera es de 9,514 Kg./cm2 y el vapor de salida de la caldera tiene una humedad de 2%.Se utiliza leña como combustible, la cual tiene una potencia calorífica superior de 3500 Kcal./kg.Por razones de mal funcionamiento la temperatura del agua de alimentación baja de 80,47 a 38,74 °CCalcular

C) La nueva producción de vapor, para situación planteadaD) El dinero extra que se debe gastar para mantener la producción de vapor inicial

inalterable

Nota: asuma que la eficiencia térmica para ambas situaciones se mantiene, la caldera trabaja en condiciones atmosférica normales y que un m3 de leña (550 Kg.) valen $20.000

2.- Se combustiona gas licuado (92% de propano, C3H8, 7% de butano C4H10 y un 1% de CO2+N2) con un 6% de exceso de aire.Los gases de la combustión de este gas se mezclan con aire atmosférico normal en proporción de 1:6 en volumen. Se requieren 350 m3/h de esta mezcla para deshidratar manzanas a una temperatura de 65 C.Determinar el costo de funcionamiento durante un mes de funcionamiento continuo para este proceso de secado, si consideramos que 15 Kg. de gas licuado valen $11500.

3.= Se combustiona 100 kg de carbón por hora, cuyo análisis químico es el siguiente: C=65%; H2=5%; N2= 1%; O2= 4%; S= 2%; humedad 8% y cenizas 15%.El análisis de los gases de la combustión, medido mediante un analizador del tipo Orsat, dio los siguientes valores:CO2= 10%; CO= 1% y O2=9%.En el cenicero se reciben 20 Kg./h de residuos, de los cuales el 7% es carbón.Determinar el % de exceso de aire de la combustión