Ing. Mecánica en Mantenimiento Industrial
Ejercicios Termodinámica Guía N° 1
Guía N°1 - Termodinámica I
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Índice
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"#ercicios 1-2-$%%%%%% 1-2 -$%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%.. %%%.. 0$
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"#ercicios &-'-6-(..%%%%%%%%%%%%%%%%... &-'-6-(..%%%%%%%%%%%%%%%%... 0&
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"#ercicios )-9-10-11%%%%%%%%%%%%%%%% )-9-10-11%%%%%%%%%%%%%%%% 0'
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"#ercicios 12-1$-1&-1'-16%%%%%%%%%% 12-1$-1&-1'-16%%%%%%%%%%%%%06 %%%06
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"#ercicios 1(-1)-19-20%%%%%%%%%% 1(-1)-19-20%%%%%%%%%%%%%%%0( %%%%%0(
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"#ercicios 21-22-2$%%%%%%%%% 21-22-2$%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%0) 0)
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"#ercicios 2&-2'-26%%%%%%%%% 2&-2'-26%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%09 09
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"#ercicios 2(-2)-29-$0-$1%%%%%%%%%% 2(-2)-29-$0-$1%%%%%%%%%%%%%10 %%%10
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"#ercicios $2-$$-$&%%%%%%%%% $2-$$-$&%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%11 11
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"#ercicios $'-$6%%%%%%%%%%%%%%%%%% $'-$6%%%%%%%%%%%%%%%%%%%12 %12
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Guía de Ejercicios N°1 1. ¿Cuál es la diferencia entre los enfoues clásico ! estadístico de la termodinámica"
#$ Termodinámica clásica se *asa en o*ser+aciones e,erimentales onsiderando /ue la termodinámica estadística se *asa en el comortamiento romedio de grandes gruos de artículas.
2. ¿Por u% un ciclista aduiere &elocidad en un camino cuesta a'ajo aun cuando
no est% (edaleando" ¿)iola esto el (rinci(io de la conser&aci*n de la energía" #$ l *a#ar or un camino cuesta *a#o ocurre /ue la energía otencial se trasorma en energía cintica or lo /ue el ciclista comen3ara a ad/uirir +elocidad No +iola ning4n rinciio al contrario se cumle 5a /ue la gra+edad act4a aun/ue no sea una caída li*re ero si en un lano inclinado como no se uede ir recto acia a*a#o se +a acia donde este el lado más *a#o intentado caer.
3. +n oficinista afirma ue una ta,a de caf% frío so're su mesa se calent* cale nt* -asta ./°C
tomando energía del aire circundante0 el cual está a una tem(eratura de 2°C ¿a! algo de cierto en esta afirmaci*n" ¿Este (roceso &iola alguna le! de la termodinámica" #$ 7a airmaci8n no es cierta 5a /ue la le5 cero de la termodinámica dice /ue cuando a5 dos cueros en contacto el calor se transiere del /ue está más caliente al /ue está más rio.
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l a diferencia entre li'ra5masa li 'ra5masa ! li'ra5fuer,a" li'ra5fuer,a" 4. ¿Cuál es la #$ 7a li*ra-masa es indeendiente de la uer3a alicada solo es materia. 7a li*ra-uer3a en cam*io deende de la aceleraci8n alicada a una cantidad de materia.
l a diferencia entre 6g5masa ! 6g5fuer,a" 5. ¿Cuál es la #$ g-masa es la unidad de masa del sistema internacional onsiderando /ue :g-uer3a es una unidad de uer3a. 1-:g-uer3a es la uer3a necesaria ara acelerar una masa de 1 :g or 9.)0( m;s2.
6. ¿Cuál es la fuer,a neta ue act7a so're un autom*&il ue &iaja a una &elocidad
constante de 8/ 6m9-0 a) so're un camino (lano ! b) en una carretera cuesta arri'a n eta 5a /ue se re/uiere de aceleraci8n ara #$ Para am*os casos no se genera uer3a neta o*tener uer3a neta 5 en la regunta se se
7. +n de(*sito de (lástico de 3 6g ue tiene un &olumen de /2 m 3 es llenado con
agua :i se su(one ue la densidad de este líuido es 1 /// 6g9m 30 determine el (eso del sistema com'inado
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8. ;etermine la masa ! el (eso del aire contenido en una -a'itaci*n cu!as
dimensiones son < m = < m = . m :u(onga ue la densidad del aire es 11< 6g9m3 #$
9. >a ma!or (arte de la energía t%rmica ue se genera en el motor de un autom*&il
se transfiere al aire mediante el radiador (or el ue circula agua ¿El radiador se de'e anali,ar como un sistema cerrado o como un sistema a'ierto" E=(liue su res(uesta #$ "l radiador de*e ser anali3ado como un sistema a*ierto desde la masa /ue está cru3ando los límites del sistema
10. +na lata de 'e'ida car'onatada a tem(eratura am'iente se mete al
refrigerador (ara ue se enfríe ¿Consideraría a la lata como un sistema cerrado o como un sistema a'ierto" E=(liue su res(uesta => !e consideraría como un sistema cerrado 5a /ue no a5 masa /ue cruce los límites => !e del sistema.
11. ¿Cuál es la diferencia entre (ro(iedades intensi&as ! e=tensi&as"
#$ Proiedades e,tensi+as deenden del tama
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12. ¿Para ue un sistema est% en euili'rio termodinámico la tem(eratura ! la
(resi*n tienen ue ser las mismas en todas (artes" #$ !i 5a /ue si u*iera dierencia de temeratura dentro de un sistema a*ría transerencia de calor or lo tanto no estaría en e/uili*rio. 7o mismo asaría a saría con la resi8n al a*er dierencia de esta el sistema reali3aría un tra*a#o so*re el am*iente o el am*iente so*re el sistema.
13. ¿?u% es un (roceso en cuasieuili'rio" ¿Cuál es su im(ortancia en ingeniería"
#$ uando un roceso se desarrolla de tal manera /ue todo el tiemo el sistema ermanece ininitesimalmente cerca de un estado de e/uili*rio
14. ;efina los (rocesos isot%rmico0 iso'árico e isoc*rico
#$ Isotrmico> "s a/uel roceso durante el cual la Temeratura ermanece constante. Iso*árico> "s a/uel roceso durante el cual la Presi8n ermanece constante Isoc8rico> "s a/uel roceso durante el cual el ?olumen ermanece constante
15. ¿Cuál es el (ostulado de estado"
#$ "l estado de un sistema está eseciicado or dos roiedades intensi+as indeendientes
16. ¿El estado del aire en una -a'itaci*n com(letamente aislada se es(ecifica (or
com(leto mediante la tem(eratura t em(eratura ! la (resi*n" E=(liue su res(uesta d os roiedades indeendientes 5 en la #$ !i 5a /ue la temeratura 5 la resi8n son dos a*itaci8n comletamente aislada sería un sistema simle comresi*le
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17. ¿?u% es un (roceso de flujo esta'le"
#$ @n roceso se dice /ue es de lu#o esta*le si no a5 cam*ios con el tiemo en cual/uier lugar dentro del sistema o en los límites del sistema 18. ¿?u% es la densidad relati&a" ¿C*mo se relaciona con la densidad" densidad"
#$ orresonde a la comaraci8n de la densidad de una sustancia con la densidad de otra /ue se toma como reerencia. m*as densidades se e,resan en las mismas unidades 5 en iguales condiciones de temeratura 5 resi8n. 7a densidad se deine como la masa or unidad de +olumen. !e o*tiene di+idiendo la masa masa de una muestra entre su +olumen or lo tanto cuando conocemos la densidad relati+a odemos determinar la densidad.
le ! cero de la termodinámica" termodinámica" 19. ¿?u% es la le! esta*lece /ue dos cueros están en e/uili*rio #$ 7a 7e5 cero de la termodinámica esta*lece trmico si am*os tienen la misma temeratura.
20. ¿Cuáles son las escalas de tem(eratura ordinaria ! a'soluta en el :@ ! en el
sistema ingl%s" R:
!istema internacional> 5 Ardinaria> elsius B°C
5 *soluta> el+in B:C !istema ingls>
5 Ardinaria> Dareneit B°DC 5 *soluta> =an:ines B=C
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21. Considere un term*metro de alco-ol ! otro de mercurio ue marcan
e=actamente /°C en el (unto de -ielo ! 1//°C en el (unto de &a(or >a distancia entre los dos (untos se di&ide en 1// (artes iguales en am'os term*metros ¿Cree ue estos term*metros darán e=actamente la misma lectura a una tem(eratura de0 (or ejem(lo0
22. >a tem(eratura de una (ersona saluda'le es 38°C ¿Cuál es el &alor en 6el&ins"
#$
23. Considere un sistema cu!a tem(eratura es de 1.°C E=(rese esta tem(eratura
en #0 A ! °B #$
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24. >a tem(eratura de un sistema aumenta en 1°C durante un (roceso de
calentamiento E=(rese este est e incremento de tem(eratura en 6el&ins #$
25. >a tem(eratura de un sistema disminu!e 4°B durante un (roceso de
enfriamiento E=(rese esta reducci*n de tem(eratura en A0 # ! °C
26. Considere dos sistemas cerrados D ! F El contiene 3/// 6H de energía
t%rmica a 2/°C0 en tanto ue el F contiene 2// 6H de energía t%rmica a /°C >os dos sistemas se (onen en contacto ;etermine la direcci*n de cualuier transferencia de calor entre los dos sistemas5 si stemas5 #$ "l sistema F de '0° trasiere temeratura al sistema de 20° asta /ue igualen sus temeraturas /uedando en e/uili*rio trmico.
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m anom%trica ! la a'soluta" 27. ¿Cuál es la diferencia entre la (resi*n manom%trica #$ 7a resi8n a*soluta es la resi8n relati+a a un +acío a*soluto 5 la resi8n manomtrica es la resi8n relati+a a la resi8n atmosrica
28. E=(liue (or u% a grandes alturas algunas (ersonas e=(erimentan
-emorragia nasal ! otras dificultad (ara res(irar #$ Ee*ido a la gran altura aumenta la resi8n atmosrica 5 esto ace /ue no ingrese la cantidad necesaria de o,ígeno al cuero
29. lguien afirma ue la (resi*n a'soluta en un líuido de densidad constante se
du(lica si la (rofundidad aumenta al do'le ¿Está de acuerdo" E=(liue su res(uesta #$ No la resi8n a*soluta en un lí/uido de densidad constante no do*la cuando la roundidad se dulica. "n cam*io la resi8n manomtrica /ue si se dulica cuando se dulica la roundidad
30. +n diminuto cu'o de acero se sus(ende en agua a tra&%s de una cuerda :i las
longitudes de los lados del cu'o son mu! (eueIas0 ¿c*mo com(araría las magnitudes de las (resiones arri'a0 a'ajo ! a los lados del cu'o" #$ a /ue las longitudes de los lados del cu*o son mu5 e/ue
31. E=(rese la le! de Pascal Pasc al ! d% un ejem(lo real en relaci*n con esta le!
#$ 7a le5 Pascal esta*lece /ue la resi8n alicada a un luido incrementa la resi8n a lo largo de la misma cantidad de*ido a /ue los luidos no son comresi*les. @n e#emlo de esta le5 es cuando uno utili3a el le+antador idráulico o Bgata idráulicaC. idráulicaC.
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32. Considere dos &entiladores id%nticos ue giran a &elocidades tam'i%n
id%nticas0 uno se -alla al ni&el del mar ! el otro en la cima de una gran montaIa ¿C*mo com(araría" a) >os flujos &olum%tricos ! b) >os flujos másicos de estos dos &entiladores #$ aC 7os lu#os +olumtricos son iguales en am*os +entiladores 5a /ue el +olumen deende de la geometría de estos. *C Ee*ido a /ue el luido másico deende del caudal 5 la densidad odemos decir /ue en la alta monta
33. >a (resi*n manom%trica en un líuido a una (rofundidad de 3 m es de
2. 6Pa ;etermine la (resi*n manom%trica en el mismo líuido a una (rofundidad de m #$
34. ;emuestre ue 1 6gf9cm2 J 14223 (si
#$
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muj er 35. Considere a una mujer de 8/ 6g cu!a -uella tiene un área de 4// cm2 >a mujer desea caminar en la nie&e0 (ero %sta no (uede so(ortar (resiones ma!ores de / 6Pa ;etermine el tamaIo mínimo de las rauetas (ara nie&e ue de'e usar Dárea de -uella (or raueta (ara (ermitirle caminar so're la nie&e sin -undirse #$
36. +n medidor de &acío conectado a un reci(iente indica i ndica 1 6Pa en un lugar donde
la lectura 'arom%trica es de 8/ mm g ;etermine la (resi*n a'soluta en el reci(iente ! considere g J 13 / / 6g9m3 #es(uesta$ ./ 6Pa #$
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37. +n medidor de (resi*n conectado a un reci(iente registra // 6Pa en un lugar
donde la (resi*n atmosf%rica es de 4 6Pa ;etermine la (resi*n a'soluta en el reci(iente #$
38. ;etermine la (resi*n ejercida so're un 'u,o a 3/ m (or de'ajo de la su(erficie
li're del mar :u(onga una (resi*n 'arom%trica de 1/1 6Pa ! una densidad relati&a de 1/3 (ara el agua del mar #es(uesta$ 4/4/ 6Pa #$
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39. +n gas está contenido en un dis(ositi&o &ertical de cilindro ! %m'olo entre los
ue no -a! fricci*n El %m'olo tiene una masa de 4 6g ! un área de secci*n trans&ersal de 3 cm2 +n resorte com(rimido so're el %m'olo ejerce una fuer,a de
40. +n ele&ador -idráulico en un taller automotri, tiene un diámetro de 3/ cm ! se
utili,a (ara le&antar autom*&iles de -asta 2 /// 6g ;etermine la (resi*n manom%trica del fluido ue se de'e mantener en el e l reci(iente reci(iente #$
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