Ejercicios de termodinámica para alumnos de universidadDescripción completa
Descripción: Problemas de aplicación para series
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Nacional de Ciencias Biológicas Departamento de Ingeniería bioquímica INGENIERÍA TERMODINÁMICA Actividad: Propiedades Propiedades termodinámicas termodinámicas y leyes de la termodinámica termodinámica
1. Seleccione Seleccione la respue respuesta sta correc correcta ta en cada enunciado enunciado y fundamente fundamente su respu respuesta. esta. 1. Si en un sistema el gas sufre una expansión adiabática. ¿Cuánto calor es trasferido a los alrededores? a) Cero b) Q > 1 c) Muy poco d) Q < 1 2.- Si la variación de la energía interna es cero, el proceso que efectúa el sistema es… a) Adiabático b) isobárico c) isocórico d) isotérmico 3.- Si un sistema absorbe calor y realiza trabajo debido a su expansión, de forma tal que su variación de energía interna es negativa, e llo indica que el trabajo es: a) Mayor que el calor absorbido b) menor que el calor absorbido c) cero respecto al calor absorbido d) constante respecto al calor absorbido 4.- Un gas contenido en un cilindro con pistón se expande al ponerlo en contacto con calor. Si la energía interna no varía, el trabajo realizado por el gas es __________ al calor absorbido. a) Cero b) igual c) mayor d) menor 5.- Si el sistema de un gas realiza trabajo disminuye su ______ y el signo asociado es ______ a) Calor – negativo b) calor – constante c) energía interna – positivo d) energía interna – negativo 6.- En un proceso termodinámico en el que el volumen es constante, ¿Qué condición se cumple? a) W=Q y ΔE=0 b) W=0 y ΔE=0 c) W=0 y ΔE=Q d) W=Q y ΔE=Q 7.- Considerando que el sistema sea diatérmico, si este absorbe calor, su energía interna _______ y el signo del calor es _________ a) Disminuye – negativo b) aumenta – positivo c) es constante – positivo d) aumenta – negativo 8.- Si el sistema libera calor, disminuye su ______ y el signo del calor será _________ a) energía interna – negativo b) temperatura - positivo c) temperatura – constante d) energía interna – cero 9.- El proceso en el cual todo el trabajo suministrado al sistema incrementa en la misma proporción la energía interna se llama.... a) isocórico b) isobárico c) adiabático d) isotérmico 10.- Nombre del proceso en el que no se efectúa trabajo mecánico, ya que no hay variación de volumen: a) Isobárico b) isocórico c) isotérmico d) adiabático Dr. Josue Peñaloza Espinosa
2. Observe las siguientes imágenes y conteste correctamente lo que se pide
Figura 1 ¿Cuál es la propiedad de estudio en la figura 1?, ¿En qué condición se encuentra a) y que interpretación le das? ¿Explica el comportamiento en b)? ¿Con base en que sección de la figura 1 se enuncia un principio de la termodinámica, cual es e ste y su enunciado? ¿Cuál es el principio que se establece con base a la Figura 2? ¿Qué propiedad es la de estudio? ¿Explique lo que sucede en el sistema? ¿Indique el enunciado que describe al principio termodinámico así como su expresión matemática? ¿Qué limitante presenta este principio?
Figura2 3. Con base a la información estudiada en clase del balance de energía en os diferentes dispositivos empleaos en la industria, elabore un cuadro comparativo de cada uno de ellos. Dispositivo
Principio de funcionamiento
Condicione s de operación
Primera ley de la termodinámica
Interpretación
4. Resuelva de forma correcta los siguientes ejercicios: I) Un dispositivo sin fricción que consta de cilindro – embolo contiene 10 lb m de vapor a 60 psia y 320 °F. se transfiere calor al vapor hasta que la temperatura alcanza 400 °F. Si el embolo no ésta unido a una flecha y su masa es constante, determine el trabajo que realiza el vapor durante este proceso.
Dr. Josue Peñaloza Espinosa
II) Se expande isotérmicamente 1m3 de agua líquida saturada a 200°C en un sistema cerrado hasta que su calidad llega a 80 %. Calcule el trabajo efectuado por el vapor de agua durante este proceso.
III) A una tobera cuya área de entrada es 0.2 ft2 entra en forma estacionaria vapor de agua a 250 psia y 700 °F el flujo másico de vapor por la tobera es 10lbm/s. el vapor sale de la tobera a 200 psia con una velocidad de 900 ft/s. Las pérdidas de calor desde la tobera por unidad de masa del vapor se estiman en 1.2 BTU/lbm. Determine a) la velocidad de entrada, b) la temperatura de salida del vapor.
IV) La salida de potencia de una turbina de vapor adiabática es 5 MW, mientras que el vapor entra a la turbina a 400°C y 2MPa de presión y se descarga a 15 kPa. Determine a) Determine el trabajo hecho por unidad de masa del vapor de agua que fluye por la turbina b) Calcule el flujo másico de vapor.
V) Una mezcla de líquido y vapor de agua saturados, llamados vapor húmedo, fluye en una línea de suministro de vapor de agua a 1500 kPa y se estrangula hasta 50kPa y 100°C ¿Cuál es la calidad de vapor de agua en la línea de suministro?
VI) Un compresor adiabático comprime vapor de 0.2 MPa y 150°C a 2.5 MPa a una razón de 1.30 kg/s. ¿La potencia de entrada del compresor es?
VII) Vapor de agua a 1MPa y 300°C se estrangula adiabáticamente a una presión de 0.4 MPa. Si el cambio en energía cinética es despreciable, ¿cuál es el volumen específico del vapor después de la estrangulación?
VIII) 10 kilogramos de agua están contenidos dentro de un dispositivo de cilindro embolo. El agua es inicialmente un líquido saturado a 180 °C. Determine la cantidad de trabajo realizado por el agua cuando está cambia sin fricción y a temperatura constante a un vapor saturado.
