PRIMER TALLER DE TERMODINAMICA l Profesor: Javier Rúgeles Universidad Industrial De Santander – UIS 1) Un disposi dispositiv tivo o de cilindro cilindro-em -embol bolo o contie contiene ne 0.1 m 3 de agua liquida y 0.9 m3 de vapor de agua en equilibrio a 800 KPa. Se transfiere calor a presión constante hasta que la temperatura alcanza 350ºc. ºc. Determinar: a) Tempe Temperat ratura ura inic inicial ial del del agua. agua. b) Masa Masa tot total al del del agu agua. a. c) Volu Volume men n fin final al.. d) Mues Muestr tre e el proce proceso so en un un diagr diagram ama a P-v y T-v con con respe respect cto o a las líneas de saturación.
Agua 800 kPa
2) Un dispositiv dispositivo o de cilindro-em cilindro-embolo bolo contiene contiene 50 L de agua agua líquida líquida a 40ºc y 200 KPa. Se transfiere calor al agua a presión constante hasta que se evapora toda. Determinar: a) Masa Masa del del agu agua. a. b) Temp Temper erat atur ura a fina final. l. c) Cambi Cambio o de de enta entalpi lpia a tota total. l. d) Muestre Muestre el proceso proceso en un diagram diagrama a T-v y P-v con con respecto respecto las líneas líneas de saturación.
Agua 200 kPa
3)
Un recipiente rígido contiene al principio 1.4 Kg de agua líquida saturada a 200ºc. En este estado, el agua ocupa 25% del volumen y el vapor el resto. Se suministra calor al agua hasta que el recipiente contiene solo vapor saturado.
Determinar: a) Volumen del recipiente b) Temperatura y presión finales c) Cambio de energía interna. d) Muestre el proceso en un diagrama T-v y P-v con respecto las líneas de saturación.
Agua 1.4 kg 200 °C
4) Un dispositivo que consta de cilindro-embolo al inicio contiene vapor a 3.5 MPa, sobrecalentado en 5ºc. El vapor pierde calor hacia el entorno y el embolo desciende hasta chocar con unos topes, punto en el que el cilindro contiene agua liquida saturada. El enfriamiento continua hasta que el cilindro contiene agua a 200ºc. Determine: a) Temperatura inicial
b) Cambio de entalpia por unidad de masa del vapor en el momento en que el embolo llega a los topes c) La presión final y la calidad.(si hay mezcla). d) Muestre el proceso en un diagrama T-v y P-v con respecto las líneas de saturación.
Vapor de Agua 3.5 Mpa 800 kPa
5) Un recipiente rígido de 0.5 m3 que contiene hidrogeno a 20ºc y 600KPa se conecta mediante una válvula a otro recipiente rígido de 0.5m 3 que contiene Hidrogeno a 30ºc y 150 KPa. Luego, se abre la válvula y se deja que el sistema alcance el equilibrio térmico con el entorno, que se encuentra a 15ºc. Determine la presión final en el recipiente
H2 V = 0.5 m3 T = 20 °C P= 600 kPa
H2 V = 0.5 m3 T = 30 °C P= 150 kPa
6) Un recipiente cuyo volumen se desconoce se divide en dos partes por medio de una separación. Uno de los dos lados contiene 0.01 m 3 de refrigerante 134a, el cual es un liquido saturado a 0,8 Mpa; el otro está al vacio. Después, se elimina la separación y el refrigerante llena todo el recipiente. Si el estado final del refrigerante es 20 ºC Y 400 kPa. Determine el volumen del recipiente.
R-134a
Vacio
V = 0.01 m3 P= 0.8 MPa
7) Un cilindro se equipa con un pistón de 10 cm de diámetro que esta sujeto con un resorte lineal (la fuerza es proporcional a la distancia) como se muestra en la figura. La constante de fuerza del resorte es de 80 KN/m y el pistón inicialmente descansa sobre los soportes, con un volumen de cilindro de 1 L. Se abre la válvula de la línea de aire y el pistón empieza a elevarse cuando la presión del cilindro es de 150 KPa. Cuando la válvula se cierra, el volumen del cilindro es de 1.5 L y la temperatura es 80 oC. ¿Que masa de aire hay dentro del cilindro?
Aire
8) Un conjunto de cilindro y piston contiene agua a 150 oC y 85% de calidad, con un volumen de 1 L. El sistema se calienta, lo que hace que el piston se eleve y encuentre un resorte lineal como se muestra en la
figura. En este punto el volumen es de 1.5 L, el diámetro del piston es de 150 mm y la constante del resorte es de 100 N/mm. El calentamiento continua, de modo que el pistón comprime el resorte. ¿Cuál es la presión del cilindro cuando la temperatura llega a 600 oC?
Agua
9) Un resorte lineal y la atmosfera actúan sobre un conjunto de piston y cilindro. El cilindro contiene agua a 5 MPa y 400 oC, y el volumen es de 0.1 m3. Si el piston se encuentra en el fondo, el resorte ejerce una fuerza tal que Pelevacion = 200 KPa. El sistema se enfría hasta que la presión alcanza 1200 Kpa. Calcule la masa del agua y v 1. Determine el estado final (T 2,v 2) y trace el diagrama P-v para el proceso.
Agua
10) Un resorte empuja un conjunto formado por un cilindro y un piston; el cilindro contiene agua 90 oC y 100 KPa. El montaje se hace de modo que la presión sea proporcional al volumen, P=CV. Se agrega calor hasta que la temperatura alcanza 200 oC. Determine la presión final y también la calidad si se encuentra en la región de dos fases.
Agua
11)Se transfiere calor hasta que la temperatura del agua es de 350ºc.Tabule los datos de p,v,t,x y represente el proceso en los diagramas T-v y P-v
12) El dispositivo cilindro pistón mostrado en sus condiciones iníciales contiene agua a 180ºc. El sistema es sometido a un proceso en el cual recibe 29887 Kj de trabajo por Kg de agua y alcanza la condición de liquido saturado a 91.8ºc Determinar:
a) Si se condenso o evaporo agua durante el proceso y en que cantidad b) Distancia recorrida por el pistón c) Describa el proceso identificando el estado inicial, final e intermedios y la trayectoria de estados (tabla de propiedades, diagramas P-v y Tv) Datos (Pext=1.5 Bar ; mpis=30 kg)
13) Dos kilogramos de agua se encuentran dentro de un conjunto de pistón y cilindro , con un pistón que carece de masa, sobre el cual actúa un resorte lineal y la atmosfera exterior. Inicialmente la fuerza del resorte es cero y P1=P0 = 100 Kpa con un volumen de 0,2 m 3 y T= 600 ºC. Ahora se agrega calor hasta que la presión alcanza 1,2 Mpa. Encuentre la temperatura final, represente el diagrama P-v y T-v, y encuentre el trabajo que se realiza durante el proceso.
Agua
14)Un conjunto de piston y cilindro con Acil = 0,01 m2 y mp= 101 kg contiene 1 kg de agua a 20 ºC con un volumen de 0,1 m 3. Inicialmente el pistón
descansa sobre unos soportes y su superficie está abierta a la atmosfera, P0. ¿A qué temperatura se debe calentar el agua para levantar el piston? Si se calienta a vapor saturado, encuentre la temperatura final, el volumen y el trabajo, 1W2
Agua
15)Un dispositivo cilindro pistón, mostrado en sus condiciones iníciales contiene agua a 0.7 bar y 70ºc, es sometido a calentamiento hasta alcanzar la temperatura de 240ºc. Si cuando el pistón alcanza el extremo libre del resorte su calidad es del 4% Determinar: a) Distancia total recorrida por el pistón b) Masa de agua evaporada durante el proceso c) Masa del pistón d) Trabajo total realizado durante el proceso e) Tabla de propiedades (graficas P-v y T-v) DATOS (Patm =0.98 Bar ; Dpiston = 60 cm ; k= 6980 N/mm)
