Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Bolivariana Núcleo Valencia – Extensión La Isabelica Ingeniería Petroquímica IV semestre - Termodinámica I Docente: Yurbelys Contreras GUÍA DE EJERCICIOS PROPUESTOS: P UNIDAD Nº 1 1. Dos procesos diferentes Ay B unen los mismos estados extremos 1 y 2. Explique si las siguientes suposiciones son verdaderas o falsas: a) ∆ , , , y b) ∆ , 2. Para el siguiente sistema identifique sus propiedades intensivas, intensivas, extensivas y específicas: 2 m3 de aire a 25 ºC y 1 atm tienen una masa de 2,34 kg. 3. Para el siguiente sistema identifique sus propiedades intensivas, extensivas y específicas: un cubo de metal de 0,8 kg contiene 8 litros de agua a 20 ºC y 1 bar co conn una masa de 8 kg 4. Para el siguiente sistema identifique sus propiedades intensivas, extensivas y específicas: 3 pies cúbicos de agua a 60 ºF y 14,7 PSI tienen una masa de 187 lb. Presión y Temperatura: 5. Si la presión barométrica es 1,02 bar, conviértase: conviértase: a) una presión absoluta de 1,7·103 mbar en manométrica en Pa. b) una presión de vacío de 0,592 atm, en presión absoluta en kPa. c) una presión absoluta de 60 kPa en presión de vacío en PSI. d) una presión manométrica de 31,93 PSI en presión absoluta en bar. Sol. a) 68·103 Pa; b) 42 kPa; c) 6,095 PSI; d) 3,22 bar 6. Si la presión barométrica es 930 mbar, conviértase: a) una presión absoluta de 2,30 bar en manométrica en PSI, b) una presión de vacío de 7,256 PSI es presión absoluta en mbar, c) 70·10-3 MPa de presión absoluta en presión de vacío en atm, d) una lectura de presión manométrica de 1,283 atm en presión absoluta en Pa. Sol. a) 20 PSI; b) 500 mbar; c) 0,23 atm; d) 2,23·105 Pa. 7. La mitad inferior de un recipiente recipiente cilíndrico de 10 m de altura se llena con agua (ρ ( agua = 1000 Kg/m3) y la mitad superior con aceite que tiene una densidad relativa de 0,85. Determinar la diferencia de presión entre la parte superior y el fondo del cilindro. Sol: 90,65 KPa. 8. El barómetro básico se utiliza como dispositivo para la medición de altitud en aviones. El control de tierra registra unaa lectura barométrica de 0,991 atm,, mientras que la lectura del piloto pi es de 0,908 atm. Estimar la altitud del avión desde el nivel del suelo sue si la densidad media del aire es 1,20 1, ·10-3. Sol: 715 m. 9. Un submarino navega a una profundidad de 0,28 Km en aguas marinas de densidad igual a 1,03. Si el interior del submarino esta presurizado a la presión atmosférica estándar. Determine la diferencia de presión que sufre el submarino en PSI y bar bar. Sol. c) 28,3 bar 10. Un manómetro abierto a la atmosfera marca una diferencia de altura del líquido de 870 mm, con una presión de 0,106 MPa. Determine la densidad del líquido. Sol. 552 Kg/m3 11. Suponga un dispositivo cilindro-émbolo cilindro émbolo que contiene un gas, la masa del embolo es de 60 kg y tiene un área de sección trasversal de 400 cm2, como se muestra en la figura. figura Si la presión barométrica es de 0,97 bar. Determine la presión dentro del cilindro. cilindr Sol. 112 1 kPa
12. Un dispositivo vertical sin fricción que consta de un cilindro y un embolo, contiene aire a una presión absoluta de 36,28 PSI, el área del embolo es de 30 cm2. Determine la masa del embolo. Sol. 46 Kg 13. Un dispositivo vertical sin n fricción que consta de un cilindro y un embolo, el embolo tiene una masa de 4000 g y un área de sección trasversal de 35 cm2. Un resorte comprimido sobre el embolo ejerce una fuerza ascendente de 60 N. Si la presión barométrica es de 13,79 PSI, calcular la presión dentro del cilindro en bar. Sol. 0,89 bar 14. La temperatura de un refrigerador aumenta 3% por cada incremento en ºC en la temperatura mínima en el dispositivo. ¿Cuál es el incremento incr en la eficiencia por cada aumento de temperatura expresado en a) K; b) R y c) ºF? Sol. a) 2; c) 3,6 15. La presión manométrica del aire medida en el recipiente mostrado en la Figura 1. Resultó en 0,8 bar. Determine la diferencia de altura h de la columna de mercurio,, si la densidad relativa del aceite es de 0,72 y del mercurio es de 13,6. Sol. 58,2 cm 16. Agua dulce y de mar fluyen en tuberías horizontales paralelas conectadas entre si por un manómetro de doble U, como se muestra en la Figura 2. Determine la diferencia de presión entre las dos tuberías, considerando la densidad relativa del agua de mar a esee punto de 1,035. Interprete el resultado. Sol. 3,4 KPa Trasferencia de energía: 17. Un horno eléctrico bien aislado aumenta su temperatura por medio de una resistencia. Determine el tipo de trasferencia de energía 18. Suponga un tanque con un agitado agitador, r, el contenido del tanque se enfría luego de 35 min de agitación. Determine el tipo de trasferencia de energía 19. Suponga un tanque cerrado que es calentado mediante una resistencia que se encuentra en el interior del tanque, a demás este se encuentra sobre una estufa encendida, dentro del tanque también hay un agitador de paletas. Determine el tipo de trasferencia de energía. 20.Un dispositivo cilindro embolo lo contiene aire que se encuentra inicialmente a 1000 Pa y ocupa 4·10-2 m3. El aire experimenta un proceso cuasientático según la ecuación , hasta un volumen -2 3 final de 2·10 m . Determine el trabajo y su dirección. Sol. 20 21. Un dispositivo cilindro embolo contiene nitrógeno que se encuentra inicialmente a 6 bar, 177 ºC y ocupa 0,05 m3. El gas experimenta un proceso cuasientático según la ecuación , la presión final es de 1,5 bar. Determine el trabajo y su dirección. Sol. 15 22. Un dispositivo cilindro embolo contiene oxigeno que se encuentra inicialmente a 0,5 MPa, y 25 cm3. El gas experimenta un proceso cuasientático según la ecuación ec ! , donde a y b son
constantes. La presión final es de 2 MPa y 5cm3. Determine: a) los valores y unidades de las constantes a y b. b) calcule el trabajo y su dirección. Sol. 25 23. En un dispositivo cilindro embolo sin fricción se almacena nitrógeno, el volumen inicial es 0,1 m3 y el final 0,3 m3. El proceso se describe mediante la siguiente ecuacion: 7,4 $ 40 60 a) Represente el proceso en un diagrama Pv. b) Determine las unidades de las constantes. c) Determine el trabajo t y su dirección. Sol. 360 24. Un gas se lleva a través del proceso cíclico descrito en la figura a) Encuentre la energía neta transferida al sistema por trabajo durante un ciclo completo. b) ¿Qué pasaría si? Si el ciclo se invierte (esto es, el proceso sigue la trayectoria ACBA), ¿cuál es la entrada de energía neta por cada ciclo por calor? Sol. +12 kJ; -12 kJ k 25. La figura muestra la trayectoria de proceso de un fluido en un diagrama P-V, V, desde un estado inicial i, hasta un estado final f.. ¿Qué tipo de trabajo se realiza para ir de i hasta f y cuanto es su valor? y ¿Qué tipo de trabajo se realiza para ir de f hasta i y cuanto es su valor? Sol. -12 MJ; +12 MJ
26. En la figura se muestra tres procesos diferentes, indique la dirección y valor del trabajo realizado, preferiblemente integrando 27. En el congelador, ¿se congelará el agua caliente en cubos de hielo más rápido que el agua fría? 28. Mientras ientras un cuerpo está cambiando del estado sólido al líquido, ¿Por qué la temperatura permanece constante? 29. Suponga dos sistemas A y B que están en contacto, para las siguientes situaciones indique el sentido de la trasferencia de calor (si la hubiera) a) A tiene 1000 ºC y 10 KJ, B tiene 10·102 ºC y 1000 KJ. b) A tiene ne 283 K y 1200 KJ, B tiene 10 ºC y 352 MJ. MJ. c) A tiene 100 ºC y 1 J y B tiene 50 ºC y 1 J. d) A tiene 10 ºC y 1000 KJ, B tiene 1000 ºC y 10 KJ 30. ¿Cuáles son las tres formas de trasferir el calor? y ¿Cuál es la diferencia entre calor específico y calor latente? atente? explique brevemente
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Referencias Consultadas: • Wark K y Richards D. (2001). Termodinámica. McGraw-Hill, 6ta edición. Universidad de Huelva. Problemas de Ingeniería Térmica. 2º Ingeniería Técnica Industrial (Esp. Mecánica). Mecánica) Área de Máquinas y Motores Térmicos. Departamento de Ingeniería Eléctrica y Térmica
