El medidor de presión en un recipiente de 2.5 m con oxígeno indica 500 Kpa. Determine la cantidad de oxígeno en el recipiente si la temperatura es de 28°C si la presión atmosférica es de 97 Kpa.
Un recipiente rígido de 400 litros contiene 5 Kg de aire a 25°C. determine la lectura que ofrecerá el manómetro si la presión atmosférica es de 97 Kpa.
Un recipiente de 1 m que contiene aire a 25°C y 500 Kpa se conecta por medio de una válvula a otro recipiente que contiene 5 Kg de aire a 35°C y 200 Kpa. En seguida, se abre la válvula y se deja que todo el sistema alcance el equilibrio térmico con el entorno, el cual se halla a 20°C. Determine el volumen del segundo recipiente y la presión final de equilibrio del aire.
V B
3 m RT (5 kg)(0.287 kPa m /kg K)(308 K) 1 1 2.21 m 3 200 kPa P 1 B
3 P V (500 kPa)(1.0 m ) m A 1 5.846 kg 3 RT (0.287 kPa m /kg K)(298 K) 1 A
El volumen total será V
V A V B 1.0 2.21 3.21 m3
La masa total será m m A m B 5.846 5.0 10.846 kg La presión en el estado 2 será P 2
5.
mRT 2 V
(10.846 kg)(0.287 kPa m3/kg K)(293 K) 3.21 m3
284.1 kPa
3
Un recipiente de 0.5 m que contiene hidrógeno a 20°C y 600 Kpa se conecta por medio de una válvula a otro recipiente rígido de 0.5 m3 que contiene hidrógeno a 30°C y 150 Kpa. Luego se abre la válvula y se deja que todo el sistema alcance el equilibrio térmico con el entorno que se encuentra a 15°C. Determine la presión final en el recipiente.
V
V A V B 0.5 0.5 1.0 m 3
P V (600 kPa)(0.5 m 3 ) m A 1 0.248 kg 3 RT 1 A (4.124 kPa m /kg K)(293 K) P 1V (150 kPa)(0.5 m 3 ) m B 0.060 kg 3 RT 1 B (4.124 kPa m /kg K)(303 K) m m A m B 0.248 0.060 0.308kg P
mRT 2 V
(0.308 kg)(4.124 kPa m 3 /kg K)(288 K) 1.0 m 3
2
365.8 kPa
6.
3
Un recipiente de 20 m contiene nitrógeno a 23 °C y 600 Kpa. Se deja escapar un poco de nitrógeno hasta que la presión en el recipiente disminuye a 400 Kpa. Si la temperatura es este punto es 20°C, determine la cantidad de nitrógeno que ha escapado
m1 m2
P 1V RT 1 P 2V RT 2
m m1
7.
(600 kPa)(20 m 3 ) (0.2968kPa m 3 /kg K)(296 K)
136.6 kg
(400 kPa)(20 m 3 ) (0.2968 kPa m 3 /kg K)(293 K)
92.0 kg
m2 136.6 92.0 44.6 kg
Un Dispositivo cilindro-émbolo que posee un conjunto de topes, contiene al inicio 0.3 kg de vapor a 1Mpa y 400°C. La ubicación de los topes corresponde al 60 por ciento del volumen inicial. Después se enfría el vapor. Determine el trabajo de compresión si el estado final es (a) 1 Mpa y 250°C y (b) 500 Kpa (c) Determine también la temperatura en el estado final expuesto en el inciso (b)
P 1 1 MPa
P 2 1 MPa
3 v 1 0.30661 m /kg T 1 400C
3 v 2 0.23275 m /kg T 2 250C
W b mP (v 1 v 2 ) (0.3 kg)(1000 kPa)(0.30661 0.23275)m3/kg 22.16kJ W b mP (v 1 0.60v 1) (0.3 kg)(1000 kPa)(0.30661 0.60 0.30661)m3/kg 36.79kJ
P 2 0.5 MPa v 2
T 2 151.8C (0.60 0.30661) m3/kg
3
8.
3
Un Dispositivo cilindro-émbolo al principio contiene 0.07 m de gas nitrógeno a 130 Kpa y 120°C. el nitrógeno se expande politrópicamente a una presión de 100 Kpa con un exponente politrópico cuyo valor es igual a la relación de calores específicos. Determine la temperatura final y el trabajo hecho durante este proceso
Una Masa de 5 Kg de vapor de agua saturado a 300 Kpa se calienta a presión constante hasta que la temperatura llega a 200°C. Calcule el trabajo que realiza el sistema durante este proceso P
P 1 300 kPa
v 1 v g @ 30 0 kPa 0.60582 m /kg P 2 300 kPa 3 v 2 0.71643 m /kg T 2 200C 3
10. Un dispositivo sin fricción que consta de cilindro-embolo contiene al inicio 200 litros de líquido saturado de refrigerante R134a. El émbolo tiene libertad de movimiento y su masa es tal que mantiene la presión de 900 Kpa sobre el refrigerante. Después se calienta esta sustancia hasta que su temperatura alcanza 70°C. Calcule el trabajo hecho durante este proceso
P 1 900 kPa
3 v 1 v f @ 900 kPa 0.0008580 m /kg Sat. liquid P 2 900 kPa 3 v 2 0.027413 m /kg T 2 70C
m
V 1 v 1
W b,ou t
0.2 m
3
0.0008580 m 3 /kg 2
P d
V
1
233.1 kg
P (V 2 V 1 ) mP (v 2 v 1)
1 kJ (233.1 kg)(900 kPa)(0.027413 0.0008580)m3/kg 3 1 kPa m 5571kJ 11. Un gas se comprime desde un volumen inicial de 0.42 m3 hasta otro final de 0.12 m3. Durante el proceso de cuasiequilibrio, la presión cambia con el volumen de acuerdo con 3 la relación P= aV + b , donde a= -1200 Kpa/m y b = 600 Kpa. Calcule el trabajo hecho durante el proceso (a) Determinando el área bajo la curva del proceso (b) Efectuando las integraciones necesarias
12. Un dispositivo cilindro-émbolo contiene 50 Kg de agua a 250 Kpa y 25°C. El área de 2. sección transversal del émbolo es 0.1 m Se transfiere calor al agua, lo cual causa que 3, una parte se evapore y expanda; cuando el volumen llega a 0.2 m el émbolo alcanza un resorte lineal cuya constante de resorte es 100 KN/m. Se transfiere más calor al agua hasta que el émbolo sube 20 cm más. Determine a) La presión final y la temperatura b) El trabajo realizado durante el proceso
13. Un recipiente rígido de 0.5 m contiene refrigerante R134a inicialmente a 160 Kpa y calidad 40% . Se transfiere calor a esta sustancia hasta que la presión alcanza 700 Kpa. Determine a) La masa del refrigerante en el recipiente b) La cantidad de calor transferido R-134a 160kPa
} } 14. Un recipiente rígido bien aislado contiene 5 Kg de una mezcla de agua saturada de líquido y vapor a 100 Kpa. Al inicio, tres cuartos de la masa están en la fase líquida. Una resistencia eléctrica colocada en el recipiente se conecta a una fuente de 110V, una corriente de 8 amperios fluye por la resistencia una vez que se enciende el interruptor. Determine cuanto tarde en evaporarse todo el líquido en el recipiente y muestre el proceso en un diagrama T-v.
7
} [ ] } 15. Un dispositivo aislado compuesto de un cilindro-émbolo contiene 5 litros de agua líquida saturada a una presión constante de 175 Kpa. El agua es agitada con una rueda de paletas mientras fluye corriente de 8 amperios durante 45 minutos por una resistencia colocada en el agua. Si la mitad del líquido se evapora durante este proceso a presión constante y el trabajo de la rueda de paletas equivale a 400 kj, determine el voltaje de la fuente en voltios.
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} } 16. 4.38 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene al inicio vapor a 200 Kpa, 200°C y 0.5m3. En este estado, un resorte lineal toca el émbolo pero no ejerce fuerza sobre él. Se transfiere calor lentamente al vapor, lo cual provoca que la presión y el volumen 3 aumenten a 500 Kpa y 0.6 m , respectivamente.determinar a) La temperatura fianl b) El trabajo realizado por el vapor c) El calor transferido
17. Un dispositivo cilindro émbolo contiene inicialmente 0.8 m de vapor de agua saturado a 250 Kpa. . En este estado, el émbolo descansa sobre un conjunto de topes y la masa del émbolo es tal que se requiere una presión de 300 Kpa para moverlo. Se transfiere calor lentamente hacia el vapor hasta que se duplica el volumen. Determinar a) El trabajo hecho durante el proceso b) La trasferencia de calor
18. Un recipiente rígido de 3 m contiene hidrógeno a 250 Kpa y 550°K. El gas se enfría hasta que su temperatura desciende a 350°K . Determine. c) La presión final en el recipiente d) La cantidad de transferencia de calor
19. Una habitación de 4x5x6 m se calentará mediante un elemento de resistencia colocado en la base de una pared interior. Se desea que el calor de la resistencia eleve la temperatura del aire en la habitación de 7 a 23 °C en 15 minutos. Si se supone que no hay pérdidas de calor desde la habitación y que la presión atmosférica es de 100 Kpa, determine la potencia requerida por el calentador de resistencia
20. Dos recipientes rígidos están conectados mediante una válvula; el recipiente A contiene 3 0.2 m3 de agua a 400 Kpa y posee una calidad de 80%, el B contiene 0.5 m de agua a 200 Kpa y 250 °C. se abre la válvula y finalmente ambos recipientes llegan al mismo estado. Determine la presión y la cantidad de transferencia de calor cuando el sistema alcanza el equilibrio térmico con los alrededores el cual está a 25°C
21. Un recipiente rígido que contiene 0.4 m de aire a 400 Kpa y 30°C está conectado por medio de una válvula a un dispositivo cilindro-émbolo con espacio libre cero. La masa del émbolo es tal que se requiere una presión de 200 Kpa para elevarlo. Se abre un poco la válvula y se permite que el aire fluya hacia el cilindro hasta que la presión en el recipiente disminuya hasta 200 Kpa. Durante este proceso, se intercambia calor con los alrededores de manera que el aire permanece todo el tiempo a 30°C. determine la transferencia de calor para este proceso