3.31 un dispositivo de cilindro-embolo contiene 0.85 kg de refrigerante 13 4a, a -18.5 °C. El embolo tiene movimiento libre, y su masa es de 12 kg, con diámetro de 25 cm. La presión atmosférica local es 96.5 kPa. Ahora bien, se transfiere calor al refrigerante 134ª hasta que su temperatura es 23.5 °C. Determine a) la presión final, b) e l cambio de volumen del cilindro y c) el cambio de entalpia en el refrigerante 134a.
3.32E una masa de agua llena un recipiente rígido de 2.29 pies cúbicos a una presión inicial de 258.5 psia. A continuación se enfría el rec ipiente a 108.5°F. Calcule la temperatura inicial y la presión final del agua.
3.33 un kilogramo de R-134a llena un dispositivo de cilindro-embolo con carga constante y 3
volumen de 0.14 m a la temperatura de -34.9 °C. Determine D etermine el volumen final de R134a.
3
3.34 un kilogramo de vapor de agua a 200kPa, llena el compartimento izquierdo de 1.1989 m de volumen de un sistema dividido, como el que se ve e n la figura. El volumen de la cámara derecha es el doble que en la izquierda, y al principio ha sido evacuada. Determine la presión del agua cuando se haya eliminado la división, y se haya transferido el calor necesario para que la temperatura del agua sea 11.5 °C.
3.35E una libra de masa de agua llena un dispositivo de cilindro-embolo de carga co nstante, de 3
2.3615 pies de volumen a 408.5 °F de tem peratura. Entonces, el dispositivo se enfría a 108.5 °F. 3
Determine la presión del agua, en psia, y su volumen final, en pies .
3
3.36 diez kilogramos de R-134a llenan un dispositivo de cilindre-embolo de 1.595 m de volumen, a -35 °C de temperatura. Entonces se calienta el dispositivo, hasta que la temperatura es 108.5 °C. Calcule el volumen final de R-134a.
3.37 ¿Cuál es la energía interna e specifica del agua a 58.5 kPa y 20 8.5 °C?
3.38 ¿Cuál es el volumen especifico del agua a 12.5 MPa y 108.5 °C? ¿Cuál se ría si se aplicara la aproximación del líquido incompresible? Determine la exactitud de esa aproximación.
3
3.39E una libra de masa de agua llena un r ecipiente de 2 pies de volumen. La presión en el recipiente de 108.5 psia. Calcule la energía interna total y la entalpia del agua en el recipiente.
3.40 tres kilogramos de agua en un recipiente ejercen una presión de 108.5 kPa, y tienen 368.5 °C de temperatura. ¿Cuál es el volumen de este recipiente?
3.41 10 kg de R-134a, a 308.5 kPa, llenan un recipiente rígido cuyo volumen es 14 Determine la temperatura y la entalpia total del refrigerante en el recipiente. A continuación se calienta el recipiente, hasta que la presión es 60 8.5 kPa. Determine la temperatura y la e ntalpia total del refrigerante, cuando se termina el calentamiento.
3.42 100 kg de r-134 a 208.5 kPa están en dispositivo de cilindro-embolo, cuyo volumen es 12.322 3
m . A continuación se mueve el embolo, hasta que el volumen del recipiente es la mitad de su valor original. Esta compresión se hace de tal modo que la presión del refrigerante no cambia. Determine la temperatura final, el cambio de energía interna total del r-134.
3.43 el dispositivo de cilindro-embolo, con carga de resorte de la figura p3-43, está lleno con 0.5 kg de vapor de agua, inicialmente a 12.5 MPa y 408.5 °C. Al principio, e l resorte no ejerce fuerza sobre el embolo. La contante del resorte , en la ecuación F=kx, es k=0.9KN/cm, y el diámetro del embolo es D=20 cm. Entonces, el agua sufre un proceso hasta que su volumen es la mitad de su volumen original. Calcule la temperatura final y la entalpia específica del agua.
3.44E la presión atmosférica de un lugar se suele especificar a las condiciones estándar, pero cambia con las condiciones meteorológicas. Como dicen con frecuencia los pronósticos meteorológicos, la presión atmosférica baja durante el mal t iempo, y sube durante días claros y soleados. Se indica que la diferencia de presión entre las dos condiciones extremas es 0.3 pulgadas de mercurio, determina cuanto varia la temper atura de ebullición del agua al cambiar el clima de un extremo a otro.
3.45 un apersona cocina en una olla de 30 cm de diámetro, cuya tapa está bien ajustada, y deja que el alimento se enfrié hasta la temperatura ambiente de 28.5 °C. La m asa total de alimento y olla es 8 kg. Entonces, la persona trata de abrir la olla, tirando de la tapa hacia arriba. Suponiendo que no haya entrado aire a la olla durante el enfriamiento, determine si la tapa se abrirá o la olla subirá junto con la tapa.
3.46 se hierve agua a 9.5 atm de presión, en una olla de acero inoxidable con 25 cm de diámetro interior, en una estufa eléctrica. Se observa que el nivel del agua baja 10 cm y en 45 min; calcule la tasa de transferencia de calor a la olla.
3.47 repita el problema 3.46, para un lugar a 2000 m de altura, donde la presión atmosférica estándar es 88 kPa.
3.48 El vapor de agua saturado que sale de la turbina de una planta termoeléctrica está a 38.5 °C, y se condensa en el exterior de un tubo de 3 cm de diámetro exterior y 35 m de longitud, a la tasa de 45 kg/h. calcule la tasa de transferencia de calor, del vapor de agua, al agua de enfriamiento que fluye en el tubo, a través de la pared del tubo.
3.49 se observa que hierve agua en una olla de 5 cm de profundidad a 106.5 °C ¿A qué temperatura hervirá el agua en una olla de 40 cm de profundidad? Suponga que las dos ollas están llenas de agua hasta sus bordes.
3.50 se calienta agua en un dispositivo cilindro-embolo vertical. La masa del embolo es 20 kg, y su 2
área transversal es 100 cm . La presión atmosférica local es 108.5 kP a. Determine la temperatura a la que comienza a hervir el agua.
3
3.51 un tanque rígido de 2.5 m de volumen contiene 15 kg de vapor húmedo de agua a 83.5 °C. Entonces, se calienta lentamente el agua. Determine la temperatura a la cual el líquido, que forma parte del vapor húmedo, en el t anque se evapora por completo. También describa el proceso e n un diagrama de T-V con respecto a las líneas de saturación.
3
3.53 Un recipiente de 0.5 m contiene 10 kg de refrigerante 134 a -28.5 °C. Calcule a) la presión, b) la energía interna total y c) el volumen que ocupa la fase liquida.
3.52 Un recipiente rígido contiene 2 kg de refrigerante 134a, a 808.5 kPa y 128.5 °C. Determine el volumen del recipiente y la energía interna total del refrigerante.
3
3
3.54 un dispositivo de cilindro-embolo contiene 0.1m de agua líquida y 0.9 m de vapor de agua, en equilibrio a 808.5 kPa. Se transmite calor a presión constante, hasta que la temperatura llega a 358.5 °C a) ¿Cuál es la temperatura inicial del agua? b) Calcule la masa total de agua c)
Calcule el volumen final
d) Indique el proceso en un diagrama P-V con respecto a las líneas de saturac ión
3.56 SE deja enfriar vapor de agua sobrecalentado a 188.5 psia y 508.5 °F, a volumen constante hasta que la temperatura baja a 25 0 °F. En el estado final, calcule a) la presión, b) la calidad y c) la entalpia. También muestre el proceso en un diagrama T-V con respecto a las líneas de saturación.
3
3.58 Un recipiente rígido de 0 .3 m contiene, al principio, un vapor húmedo de agua a 1 58.5 °C. Entonces se calienta el agua hasta que llega al estado de punto crítico. Calcule la masa del agua líquida y el volumen que ocupa el líquido en el estado inicial.
3.59 Determine el volumen especifico, la energía interna y la entalpia del agua comprimida a 108.5 °C y 23.5 MPa, usando la aproximación de líquido saturado. Compare los valores con los que obtenga de las tablas de líquido comprimido.
3.61 Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 0.8 kg de vapor de ag ua a 308.5 °C y 9.5 MPa. El vapor se enfría a presión constante, hasta que se condensa la mitad de su masa. a) Muestre el proceso en un diagrama T-V b) Calcule la temperatura final c)
Determine el cambio de volumen
3.62 Un tanque rígido contiene vapor de agua a 258.5 °C, a un a presión desconocida. Cuando el tanque se enfría a 158.5 °C e l vapor comienza a condensarse. Estime la presión inicial en e l tanque.
3.63 Un dispositivo de cilindro-embolo contiene inicialmente 1.4 kg de agua líquida saturada a 208.5 °C. Entonces, se transmite calor al agua, hasta que se cuadruplica el volumen, y el vapor solo contiene vapor saturado. Determine a) el volumen del tanque, b) la temperatura y presión finales, y c) el cambio de energía interna del agua.
3.64 Un dispositivo de cilindro-embolo contiene inicialmente vapor a 12 MPa, sobrecalentado por 13.5 °C. Ese vapor pierde calor a sus alrededores, y el embolo baja, hasta un conjunto de topes, y en ese momento el cilindro contiene agua líquida saturada. El enfriamiento continuo hasta que el cilindro contiene agua a 200 °C. Deter mine a) la temperatura inicial, b) el cambio de entalpia por unidad de masa de vapor, cuando el embolo llega a los topes, y c) la presión final y la calidad (si se trata de un vapor húmedo)
3.65E ¿Cuánto error cabe esperar al determinar la entalpia especifica si se aplica la aproximación para liquido incompresible al agua a 1508.5 psia y 408.5 °F?
3.66 ¿Cuánto error se cometería al calcular el volumen específico y la entalpia del agua a 18.5 MPa y 108.5 °C, usando la aproximación para líquido incompresible?
3.67 ¿Cuál es el volumen especifico de R -134 a 28.5 °C y 708.5 kPa? ¿Cuál es la energía interna en ese estado?
3.68 Es un principio, 100 g de R-134 llenan un dispositivo de cilindro- embolo con carga constante, a 68.5 kPa y -28.5 °C. A continuación se calienta el dispositivo hasta que su temperatura es 10 8.5 °C. Determine el cambio en el volumen del dispositivo como resultado del calentamiento.
3.85C ¿Cuál es el significado físico del factor de compresibilidad Z?
3.86C ¿Cuál es el principio de los estados cor respondiente?
3.87C ¿Cómo se definen presión reducida y temperatura r educida?
3.88 determine el volumen especifico de vapor de agua sobrecalentado a 18.5 MPa y 408 .5 °C, mediante a) la ecuación del gas ideal, b) la carta de compresibilidad generalizada y c) las t ablas de vapor. También determine el error cometido en los dos primeros casos.
3.90 calcule el volumen específico del vapor de refrigerante 134 a 9.4 MPa y 78.5 °C con base en a) la ecuación del gas ideal, b) la c arta de compresibilidad generalizada y c) datos de t ablas. También determine el error cometido en los dos primeros casos.
3.91 Determine el volumen especifico de nitróge no gaseoso a 18.5 MPa y 158.5 K, con base en a) la ecuación del gas ideal y b) la carta de compresibilidad generalizada. Compare estos resultados 3
con el vapor experimental de 0.002388 m /kg, y determine el error que se comete en casa caso.
3.92 Calcule el volumen específico de vapor de agua sobrecalentado a 12 MPa y 458.5 °C, de acuerdo con a) la ecuación de gas ideal, b) la carta de compresibilidad generalizada, y c) las tablas de vapor. Determine el error que se comete en los dos primeros casos.
3.93E Se va a calentar etano en un recipiente rígido, desde 58.5 psia y 108.5 °F hasta que su temperatura sea 608.5 °F. ¿Cuál es la presión final del etano, determinada con la carta de compresibilidad?
3.94 Se calienta etileno a presión contante de 13.4 MPa y 28.5 °C, hasta 208.5 °C. Use la carta de compresibilidad para determinar el cambio en el volumen específico del etileno, resultado de ese calentamiento.
3.95 Se calienta vapor de agua saturado a presión contante desde 358.5 °C hasta que su volumen aumenta al doble. Determine la temperatura final, con la ecuación del gas ideal, la carta compresibilidad y las tablas de vapor.
3.96E Se calienta vapor de agua saturado a 408.5 °F, a presión constante hasta que su volumen aumenta al doble. Calcule la temperatura final, usando la ecuación del gas ideal, la carta de compresibilidad y las tablas de vapor.
3.97 Se calienta metano, que est aba a 13.5 MPa y 308.5 K, a presión contante hasta que su volumen aumenta en 50 por ciento. Determine la t emperatura final, usando la ecuación del gas ideal y factor de compresibilidad. ¿Cuál de estos dos resultados es e l más exacto?
3.98 ¿Qué porcentaje de error se comete al considerar que el dióxido de carbono a 11.5 MPa y 18.5 °C es un gas ideal?
3.99 A un tubo entra dióxido de c arbono gaseoso, a 11.5 MPa y 508.5 K, con un flujo de 2 kg/s. Ese CO2 se enfría a presión contante mientras pasa por el tubo, y su temperatura baja a 458.5 K a la salida. Determine el flujo volumétrico y la densidad del dióxido de carbono, en la entrada, y el flujo volumétrico a la salida del tubo, usando a) la ecuación del gas ideal y b) la carta de compresibilidad generalizada. También calcule c) el error cometido en el primer caso.
3
4.8 Un dispositivo cilindro-embolo contiene, al principio 0.07 m de gas nitrógeno a 138.5 kPa y 128.5 °C. Entonces, el nitrógeno se expande en un proceso poli trópico hasta un estado de 108.5 y 108.5 °C. Determine el trabajo de la frontera efectuado durante este proceso.
3
4.10 Un dispositivo de cilindro-embolo contiene en un principio 0.07 m de gas de nitrógeno a 138.5 kPa y 128.5 °C. A continuación el nitrógeno se expande hasta alcanzar una presión de 108 .5 kPa, en un proceso politropico, con un exponente politropico cuyo valor es igual a la relación de calores específicos. Esta es la llamada expansión isentropica. Determine la temperatura final y e l trabajo de la frontera durante este proceso.
4.11 Se calienta 5 kg de vapor de agua saturado a 308.5kPa, a presión constante, hasta que la temperatura llega a 208.5°C. Calcule el trabajo efectuado por el vapor de agua durante este proceso.
4.12 Un dispositivo de cilindro-embolo sin fricción contiene al principio 200 L de líquido saturado de refrigerante 134a. El embolo tiene libre movimiento, y su masa es tal que mantiene una presión de 908.5 kPa sobre el refrigerante. A continuación se calienta el refrigerante hasta que su temperatura sube a 78.5 °C. Calcule e l trabajo efectuado durante este proceso.
4.14E Un dispositivo de cilindro-Embolo sin fricción contiene 16 lbm de vapor de agua sobrecalentado, a 48.5 psia y 608.5 °F. Entonces, el vapor de agua se enfría a presión constante, hasta que se condensa el 70 por ciento de su masa. Determine el trabajo efectuado durante este proceso.
4.26 1 kg de agua que al principio está a 98.5 °C, con 10 por ciento de calidad, ocupa un dispositivo de cilindro-embolo con carga de resorte, como se muestra en la figura P4 -26. Entonces se calienta ese dispositivo hasta que la presión sube hasta 808.5 kPa, y la temperatura es 258.5 °C. Calcule e l trabajo total producido durante este proceso, e n kJ.
4.29 Se condensa isotérmicamente vapor saturado a 208.5 °C hasta liquido saturado, en un dispositivo de cilindro-embolo. Calcule el calor transferido y el trabajo efectuado durante este proceso, en kJ/kg.
4.31 complete cada renglón de la siguiente tabla, con base en el principio de conservación de la energía para un sistema cerrado
Q entrada (kJ) 280 -350
W salida (kJ) 130 260
300
E1 (kJ) 1020 550 300 750
-200
E2 (kJ) 860
500 300
M (kg) 3 5 2 1 2
E2-e1 (kJ/kg)
-150 -100
4.32 Una sustancia está en el inter ior de un recipiente rígido, bien aislado y e quipado por un agitador, como se ve en la figura p4-32. Determine el cambio de energía interna de esta sustancia, cuando el agitador se le aplica 15 kJ de trabajo.
4.35 Un tanque rígido bien aislado contiene 5 kg de un vapor húmedo de agua a 108.5 kPa. En principio, tres cuartos de la masa están e n la fase liquida. Una resistencia eléctrica colocada en e l tanque se conecta con suministro de voltaje se 110V, y pasa una corriente de 8 A por la resistencia, al cerrar el interruptor. Determine cuanto tiempo se necesitara para evaporar todo el líquido en el tanque. También muestre el proceso en un diagrama T-V con respecto a líneas de saturación.
4.37 un dispositivo de cilindro-embolo contiene 5 kg de refriger ante 134, a 808.5 kPa y 78.5 °C. Entonces se enfriara el refrigerante a presión constante, hasta que este como líquido a 23.5 °C. Determine la cantidad de perdida de calor, y muestre el proceso en un diagrama T-V con respecto a líneas de saturación.
4.38E Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 5 L de agua líquida saturada a presión constante de 183.5 kPa. Una rueda de paletas ag ita el agua, mientras que pasa una co rriente de 8 A durante 45 min, por una resistencia colocada en e l agua. Se evapora la mitad del líquido durante este proceso a presión constante, el trabajo de la rueda de paleras es 400 kJ, determine el voltaje de suministro. También, muestre el proceso en un diagrama P-V con respecto a líneas de saturación.
