PROBLEMAS SOBRE SUSTANCIA SUSTANCIA PUR P URA A
1.
Una mezcla líquido – vapor de agua se mantiene en un recipiente rígido a 60˚C. El sistema se calienta hasta que su estado final es el punto crítico. Determine
a! la calidad calidad "o título título!! inicial inicial de la mezcla mezcla líquido líquido – vapor vapor #! la relaci$n relaci$n inicial entre los los vol%menes vol%menes ocupados ocupados por por las fases fases líquido líquido & vapor. vapor. Un recipiente rígido contiene vapor de agua a '6 #ar & a una temperatura desconocida. Cuando el vapor se enfría hasta '(0˚C) *ste comienza a condensar. Estímense a! la tempera temperatura tura inicial) inicial) en en grados grados Celsiu Celsius+ s+ #! la variaci variaci$n $n en la energí energía a interna interna)) en ,-,g ,-,g..
2.
Un dep$sito rígido) cu&o volumen interior es de ( litros contiene refrigerante '/a a 100 ,2a en forma de una mezcla líquido – vapor con una calidad del 103. Determínense a! la masa masa de vapor vapor inicia inicialmen lmente te presen presente+ te+ #! la fracci$n fracci$n del del volumen volumen total total ocupado ocupado inicialmente inicialmente por el líquido.
3.
Un recipiente rígido contiene inicialmente agua con un volumen específico de ')64 m /,g a 0)/ #ar) suministr5ndose calor hasta que se alcanza una presi$n de '#ar. Determínense a! el título título o calidad calidad inicial inicial de la mezcla mezcla líquid líquido o – vapor+ vapor+ #! las variaciones variaciones en la energía interna & en la entalpía entalpía del agua) en ,-,g.
4.
NOTA: epres*ntese)
esquem5ticamente) el proceso en un diagrama 27v.
Una cierta cantidad de agua) que se encuentra inicialmente a '0 #ar & cu&o volumen específico inic inicia iall es de 0)01 0)016 68 8 m /,g) ,g) e9pe e9perim rimen enta ta una una e9pan e9pansi$ si$n n iso#5 iso#5ric rica a hasta hasta 0)106 0)1060 0 m /,g. Determínense a! las temper temperatur aturas as inicia iniciales les & final final del agua+ agua+ #! las variaciones variaciones en su energía energía interna interna & entalpía entalpía específicas) específicas) en ,-,g.
5.
NOTA: epres*ntese) 6.
Una cierta masa de refrigerante '/a e9perimenta un proceso isot*rmico a 0˚C. :a presi$n inicial es de #ar & el volumen específico final de 0)0'0m /,g. Determínense a! la presi$n final) en #ar #! las variaciones en su energía interna & entalpía específicas) en ,-,g. NOTA
7.
esquem5ticamente) el proceso en un diagrama 27v.
epres*ntese) esquem5ticamente) el proceso en un diagrama 27v.
;e considera un cilindro fi
( m /,g. El agua se
comprime a presi$n constante) seg%n un proceso cuasiest5tico) hasta que se convierte en vapor saturado. ?5llense a! :as temperaturas inicial & final) en grados Celsius. #! :as variaciones en la energía interna & entalpía) en ,-. c! El tra#a
esquem5ticamente) el proceso en un diagrama 27v.
Un tanque de paredes rígidas) cu&o volumen interior es de 1 860 :) contiene inicialmente vapor de agua saturado a 8)00 #ar. Un enfriamiento del agua origina una caída de presi$n hasta ')00 #ar. Determínense) para el estado final de equili#rio a! la temperatura) en grados Celsius+ #! el título o calidad final del vapor+ c! el cociente entre la masa de líquido & la masa de vapor+ d! la cantidad de calor intercam#iada entre el agua & su am#iente. NOTA
9.
epres*ntese) esquem5ticamente) el proceso en un diagrama 27v.
Una cierta cantidad de refrigerante '/a tiene un volumen específico de 0)01800 m /,g a la presi$n de 0)8000 =2a "estado '!. ;e e9pansiona a temperatura constante hasta que la presi$n cae a 0)1(00 =2a "estado 1!. @inalmente) se enfría a presi$n constante hasta que se convierte en vapor saturado "estado /!. 2ara cada una de las etapas del proceso descrito) determínense a! :as variaciones en el volumen específico) en m /,g. #! :as variaciones en la energía interna & en la entalpía) en ,-,g. NOTA
epres*ntese) esquem5ticamente) el proceso en un diagrama 27v
10. ;e
comprime agua líquida saturada a 0˚C hasta una presi$n de 80 #ar & Aemperatura de (0˚C. Determínense las variaciones en el volumen específico) energía interna & entalpía a! utilizando la ta#la de líquido comprimido+ #! utilizando como apro9imaci$n los datos de saturaci$n a la misma temperatura. NOTA
11.
epres*ntese) esquem5ticamente) el proceso en un diagrama 27v.
;e considera un cilindro fi
NOTA: epres*ntese)
esquem5ticamente) el proceso en un diagrama 27v.
12. Un
recipiente de paredes rígidas) insuficientemente aislado) contiene '00 : de nitr$geno en equili#rio) inicialmente a >>)1 B) & est5 dotado de una c5psula de cierre que rompe cuando la presi$n interior alcanza un valor de 00 ,2a. El 4')8 3 del volumen est5 inicialmente ocupado por líquido. El nitr$geno a#sor#e calor del am#iente a un ritmo de /00 -min. ?5llese el tiempo) en horas) que de#e transcurrir hasta la rotura de la c5psula de cierre.
13. Un
recipiente de paredes rígidas & t*rmicamente aisladas) contiene 1)000 ,g de agua) que inicialmente ocupan un volumen de ')000 m/ a /0)00˚C. Una rueda de paletas situada en el interior del recipiente) movida por un motor) gira a 80)00 rpm con un par aplicado constante de 80)00 m) a la vez que una resistencia el*ctrica) tam#i*n situada en el interior del recipiente) reci#e una corriente de '00)0 desde una fuente de '0)00 F. Determínense a! el tiempo) en minutos) requerido para evaporar todo el líquido contenido en el recipiente+ a! la presi$n) en #ar) en el interior del recipiente en ese instante. a! 6/)'0 min #! /)>0 #ar
14. Un
dep$sito de paredes met5licas) cu&o volumen interior es de ')0 m/) contiene agua) inicialmente a '0 =2a & (0 ˚C. El agua se enfría hasta que la temperatura alcanza los /10 ˚C. Determínense a! presi$n final) en #ar+ #! calor transferido al am#iente) en ,-
15. Un
dep$sito) de paredes rígidas & t*rmicamente aisladas) est5 inicialmente dividido en dos compartimentos mediante un ta#ique rígido. Uno de ellos contiene ')0 ,g de vapor saturado de agua a 60 #ar & el otro est5 vacío. ;e rompe el ta#ique interior de separaci$n & el agua se e9pande por todo el dep$sito) de modo que la presi$n final es de /0 #ar. Determínese el volumen interior total del dep$sito.
16. Un
recipiente) de paredes rígidas & t*rmicamente aisladas) se encuentra dividido en dos compartimentos por medio de un ta#ique interior) tam#i*n rígido & adia#5tico. Una de las c5maras contiene 0)80 ,g de agua a 10 ˚C & la otra contiene vapor saturado de agua) siendo en am#as la presi$n de 18 #ar. Determínese la masa de agua contenida en la segunda c5mara si) al romper el ta#ique) el estado final del agua es una mezcla líquido vapor con una calidad del /0 3 & una presi$n de 18 #ar.
17. ;e
coloca medio ,ilogramo de helio en un dep$sito de paredes rígidas) cu&o volumen interior es de 0)800 m/. ;i la temperatura es de ''1 ˚C & la presi$n #arom*trica es de ')0 #ar) determínese la lectura) en #ar) que indicaría un man$metro conectado al dep$sito. GA ;up$ngase comportamiento de gas ideal.
18. ;e
necesita almacenar '.800 ,g de propano "C/?(! en un dep$sito de gas a 1 ˚C & 80 ,2a. a! Calc%lese el volumen interior del dep$sito) en metros c%#icos+
#! ;i posteriormente se aHaden 800 ,g de gas) pero la temperatura se mantiene constante) calc%lese la presi$n final) en ,ilopascales. GA ;up$ngase comportamiento de gas ideal. 19. Una
determinada cantidad de nitr$geno ocupa inicialmente un volumen de 0)(40 m/ a una presi$n de 1)00 #ar & una temperatura de 1>)0˚C. ;i se comprime hasta un volumen de 0)/86 m/ & una presi$n de '1)8 #ar) calc%lese a! la temperatura final) en grados Celsius+ #! la masa de gas) en ,ilogramos+ c! la variaci$n en su energía interna) en ,ilo
20. Un
dep$sito rígido de almacenamiento de agua para una vivienda tiene un volumen interior de 00 :. El dep$sito contiene inicialmente /00 : de agua a 10 ˚C & 10 ,2a. El espacio li#re so#re el agua contiene aire a las mismas temperatura & presi$n. ;e #om#ean mu& lentamente otros 80 : de agua al dep$sito) de manera que la temperatura permanece constante. Determínense a! la presi$n final en el dep$sito) en ,ilopascales+ #! el tra#a
21. ;e
considera un cilindro fi
22. Un
dep$sito de paredes rígidas contiene inicialmente 0)(00 g de aire a 148 B & ')80 #ar. Con una fuente de '1)0 F se hace pasar una corriente el*ctrica de 600 m) durante /0)0 s) a trav*s de una resistencia el*ctrica situada en el interior del dep$sito. la vez) tiene lugar una p*rdida de calor de '86 -. Determínense a! la temperatura final del gas) en ,elvin+ #! la presi$n final) en #ar. GA ;up$ngase comportamiento de gas ideal.
23. encerrados
inicialmente En el interior del cilindro de un compresor alternativo ha& '00 : de aire a 0)480 #ar & 6>)0 ˚C. El proceso de compresi$n es cuasiest5tico & est5 representado mediante la ecuaci$n 2F')/ I constante. El volumen final es de 10)0 :. Determínense a! la masa de aire) en ,ilogramos) que se est5 comprimiendo+ #! la temperatura final) en ,elvin+ c! la variaci$n en la energía interna del aire) en ,ilo
e! el calor a#sor#ido por el aire) en ,ilo
un dep$sito se almacenan 0)(' ,g de nitr$geno a /)0 #ar & 80 ˚C. =ediante una v5lvula adecuada) este dep$sito est5 conectado a un segundo dep$sito de 0)80 m/) que inicialmente se encuentra vacío. m#os dep$sitos est5n perfectamente aislados. ;i se a#re la v5lvula & se permite que se alcance el equili#rio) Jcu5l ser5 la presi$n final) en #arK. GA ;up$ngase comportamiento de gas ideal.
25. Dos
dep$sitos id*nticos) am#os t*rmicamente aislados & con un volumen interior de ')0 m/) est5n comunicados por medio de una v5lvula. Lnicialmente la v5lvula est5 cerrada & el dep$sito contiene aire a '0 #ar & /80 B) mientras que el dep$sito M contiene aire a ')0 #ar & /00 B. ;e a#re la v5lvula & se permite que se alcance el equili#rio. Determínense la temperatura final) en ,elvin) & la presi$n final) en #ar. GA ;up$ngase comportamiento de gas ideal.
26. ;e
tienen dos dep$sitos conectados entre sí por medio de una v5lvula. Lnicialmente la v5lvula est5 cerrada & el dep$sito contiene 1)0 ,g de mon$9ido de car#ono gaseoso a >> ˚C & 0)>0 #ar) mientras que el dep$sito M contiene ()0 ,g del mismo gas a 1> ˚C & ')1 #ar. ;e a#re la v5lvula & se permite que se mezclen los contenidos de am#os dep$sitos) mientras que el mon$9ido de car#ono intercam#ia calor con el am#iente. :a temperatura final de equili#rio es de 1 ˚C. ;uponiendo comportamiento de gas ideal) determínense la presi$n final) en #ar) & el calor a#sor#ido por el CG) en ,ilo
