Capitulo 1 1-126 Un pez nada 5 m bajo la superficie del agua. El aumento en la presión que se ejerce sobre el pez, al zambullirse hasta una profundidad de 25 m bajo la superficie es a) 196 Pa b) 5 400 Pa c) 30 000 Pa d ) 196 000 Pa e) 294 000 Pa 1-127 Con un barómetro se miden las p resiones atmosféricas en la azotea y al pie de un edificio, y resultan 96.0 y 98.0 kPa. Si la densidad del aire es 1.0 kg/m3, la altura del edificio es a) 17 m b) 20 m c) 170 m d ) 204 m e) 252 m 1-128 Una manzana pierde 4.5 kJ de calor por °C de calor al enfriarse. La cantidad de calor perdida por la manzana, por °F de enfriamiento, es a) 1.25 kJ b) 2.50 kJ c) 5.0 kJ d ) 8.1 kJ e) 4.1 kJ 1-129 Imagine una alberca con 2 m de profundidad. La diferencia de presiones entre la superficie y el fondo de esa alberca es a) 12.0 kPa b) 19.6 kPa c) 38.1 kPa d ) 50.8 kPa e) 200 kPa 1-130 Al nivel del mar, el peso de un a masa de 1 kg, en unidades SI, es 9.81 N. El peso de 1 lbm, en unidades inglesas, es a) 1 lbf b) 9.81 lbf c) 32.2 lbf d ) 0.1 lbf e) 0.031 lbf 1-131 Durante un proceso de calentamiento, la temperatura de un objeto aumenta 10 °C. Este aumento d e temperatura equivale a un aumento de a) 10 °F b) 42 °F c) 18 K d ) 18 R e) 283 K capitulo 2 2-130 Una calefacción eléctrica de resistencia, de 2 kW, está en un recinto, y se enciende durante 50 min. La cantidad de energía transferida de la calefacción al recinto es a) 2 kJ b) 100 kJ c) 3 000 kJ d ) 6 000 kJ e) 12 000 kJ 2-131 En un cálido día de verano, un ventilador hace circular aire dentro de un recinto bien sellado, con un ventilador de 0.50 hp impulsado por un motor de 65 por ciento de eficiencia. (El motor entrega 0.50 hp de potencia neta en el eje, al
ventilador.) La tasa de suministro de energía por el conjunto motor-ventilador, al recinto, es a) 0.769 kJ/s b) 0.325 kJ/s c) 0.574 kJ/s d ) 0.373 kJ/s e) 0.242 kJ/s 2-132 Un ventilador debe acelerar 3 m 3/s de aire, desde el reposo hasta 12 m/s. Si la densidad del aire es 1.15 kg/m3, la potencia mínima que debe suministrarse suministrarse al ventilador ventilador es a) 248 W b) 72 W c) 497 W d ) 216 W e) 162 W 2-133 Un automóvil de 900 kg que va a una velocidad constante de 60 km/h, y debe acelerar a 100 km/h en 4 s. La potencia adicional para tener esta aceleración es a) 56 kW b) 222 kW c) 2.5 kW d ) 62 kW e) 90 kW 2-134 El elevador de un edificio alto debe subir una masa neta de 400 kg a 12 m/s, velocidad constante, y usa un motor eléctrico. La potencia mínima del motor debe ser a) 0 kW b) 4.8 kW c) 47 kW d ) 12 kW e) 36 kW 2-135 En una planta hidroeléctrica donde pasan 70 m3/s de agua, de una altura de 65 m, y se usa un turbogenerador con 85 por ciento de eficiencia. Si se desprecian las pérdidas por fricción en tuberías, la producción de potencia eléctrica en esa planta es a) 3.9 MW b) 38 MW c) 45 MW d ) 53 MW e) 65 MW 2-136 En una instalación, un compresor de 75 hp trabaja a plena carga durante 2 500 h por año, y está impulsado por un motor eléctrico cuya eficiencia es 93 por ciento. Si el costo unitario de la electricidad es $0.06/kWh, el costo anual de electricidad para este compresor es a) $7 802 b) $9 021 c) $12 100 d ) $8 389 e) $10 460 2-137 Un refrigerador consume 320 W de potencia cuando está trabajando. Si sólo trabaja la cuarta parte del tiempo, y el costo de la electricidad es $0.09/kWh, el costo mensual (30 días) para este refrigerador es a) $3.56 b) $5.18 c) $8.54 d ) $9.28 e) $20.74
2-138 Para bombear queroseno (r _ 0.820 kg/L) de un recipiente en el piso hasta un recipiente elevado, se usa una bombade 2 kW. Ambos recipientes están abiertos a la atmósfera, y la diferencia de altura entre las superficies libres de los recipientes es 30 m. La tasa máxima de flujo volumétrico del queroseno es a) 8.3 L/s b) 7.2 L/s c) 6.8 L/s d ) 12.1 L/s e) 17.8 L/s 2-139 Una bomba de glicerina está impulsada por un motor eléctrico de 5 kW. Si se mide la diferencia de presiones entre la descarga y la succión de la bomba, a plena carga, resulta ser 211 kPa. Si la tasa de flujo por la bomba es 18 L/s, y no se toman en cuenta los cambios de elevación y de velocidad de flujo a través de la bomba, la eficiencia total de la misma es a) 69 por ciento b) 72 por ciento c) 76 por ciento d ) 79 por ciento e) 82 por ciento capitulo 3 3-141 Un recipiente rígido contiene 2 kg de un gas ideal a 3 atm y 40 °C. Entonces se abre una válvula, y se deja escapar la mitad de la masa del gas. Si la presión final en el recipiente es 2.2 atm, la temperatura final en el recipiente es a) 71 °C b) 44 °C c) _100 °C d ) 20 °C e) 172 °C 3-142 La presión en un neumático de automóvil se mide y resulta 190 kPa (manométrica) antes de un viaje, y 215 kPa (manométrica) al terminarlo, en un lugar donde la presión atmosférica es 95 kPa. Si la temperatura del aire en el neumático antes del viaje era 25 °C, después del viaje es a) 51.1 °C b) 64.2 °C c) 27.2 °C d ) 28.3 °C e) 25.0 °C 3-143 Un recipiente rígido de 300 m 3 está lleno con un vapor húmedo de agua , a 200 kPa. Si el 25 por ciento de la masa es líquido, y el 75 por ciento es vapor, la masa total en el recipiente es a) 451 kg b) 556 kg c) 300 kg d ) 331 kg e) 195 kg 3-144 En una cafetera, que tiene un calentador eléctrico de inmersión, hierve agua. Al principio, la cafetera contiene 1 kg de agua. Una vez iniciada la ebullición, se observa que la mitad
del agua en la cafetera se evapora en 10 minutos. Si la pérdida de calor de la cafetera es despreciable, la potencia del elemento calefactor es a) 3.8 kW b) 2.2 kW c) 1.9 kW d ) 1.6 kW e) 0.8 kW 3-145 Un recipiente rígido de 1 m 3 contiene 10 kg de agua (en cualquier fase o fases) a 160 °C. La presión en el recipiente es a) 738 kPa b) 618 kPa c) 370 kPa d ) 2 000 MPa e) 1 618 kPa 3-146 En una olla de acero inoxidable sobre u na estufa eléctrica hierve agua a 1 atm de presión. Se observa que 2 kg de agua líquida se evapora en 30 min. La tasa de transferencia de calor al agua es a) 2.51 kW b) 2.32 kW c) 2.97 kW d ) 0.47 kW e) 3.12 kW 3-147 Se hierve agua en una olla, con una estufa al nivel del mar. Se observa que en 10 minutos de ebullición se evaporan 200 g de agua. La tasa de transferencia de calor al agua es a) 0.84 kJ/min b) 45.1 kJ/min c) 41.8 kJ/min d ) 53.5 kJ/min e) 225.7 kJ/min 3-148 Un recipiente rígido de 3 m 3 contiene vapor a 4 MPa y 500 °C. La masa del vapor es a) 3.0 kg b) 9 kg c) 26 kg d ) 35 kg e) 52 kg 4-156 Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción, y un recipiente rígido, contienen cada uno 3 kmol de un gas ideal a la misma temperatura, presión y volumen. Se les transfiere calor, y la temperatura de ambos sistemas sube 10 °C. La cantidad de calor adicional, en comparación con el recipiente rígido, que se debe suministrar al gas en el cilindro, que se mantiene a presión constante, es a) 0 kJ b) 27 kJ c) 83 kJ d ) 249 kJ e) 300 kJ 4-157 El calor específico de un material, expresado en unas raras unidades, es c _ 3.60 kJ/kg · °F. El calor específico de este material, en las unidades SI de kJ/kg · °C, es a) 2.00 kJ/kg · °C b) 3.20 kJ/kg · °C c) 3.60 kJ/kg · °C d ) 4.80 kJ/kg · °C
e) 6.48 kJ/kg · °C 4-158 Un recipiente rígido de 3 m 3 contiene gas de nitrógeno a 500 kPa y 300 K. Entonces, se transfiere calor al nitrógeno, y su presión se eleva hasta 800 kPa. El trabajo efectuado durante este proceso es a) 500 kJ b) 1 500 kJ c) 0 kJ d ) 900 kJ e) 2 400 kJ 4-159 Un recipiente rígido de 0.5 m 3 contiene gas de nitrógeno a 600 kPa y 300 K. Entonces, se comprime isotérmicamente el gas hasta un volumen de 0.1 m3. El trabajo efectuado sobre el gas durante este proceso de compresión es a) 720 kJ b) 483 kJ c) 240 kJ d ) 175 kJ e) 143 kJ 4-160 Un salón bien sellado contiene 60 kg de aire a 200 kPa y 25 °C. Entonces, entra la energía solar al salón, a una razón promedio de 0.8 kJ/s, mientras que s e enciende un ventilador de 120 W, para hacer circular el aire en el interior. Si se desprecia la transferencia de calor a través de las paredes, en 30 min la temperatura en el salón será a) 25.6 °C b) 49.8 °C c) 53.4 °C d ) 52.5 °C e) 63.4 °C 4-161 Un calentador eléctrico de 2 kW se enciende en un recinto desocupado por personas, y se mantiene encendido durante 15 min. La masa de aire en el recinto es 75 kg, y el recinto está herméticamente sellado, para que no entre ni salga aire. El aumento de temperatura del aire al pasar los 15 min es a) 8.5 °C b) 12.4 °C c) 24.0 °C d ) 33.4 °C e) 54.8 °C 4-162 Un salón contiene 75 kg de aire a 100 kPa y 15 °C. En él hay un refrigerador, que consume 250 W de electricidad cuando está funcionando; también una TV de 1 20 W, un calentador de resistencia eléctrica de 1.8 kW y un ventilador de 50 W. Durante un día invernal frío, se observa que el refrigerador, la TV, el ventilador y la resistencia eléctrica están trabajando continuamente, pero que la temperatura del aire en
el interior permanece constante. Entonces, la tasa de pérdida de calor del recinto, en ese día, es a) 5 832 kJ/h b) 6 192 kJ/h c) 7 560 kJ/h d ) 7 632 kJ/h e) 7 992 kJ/h 4-163 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 5 kg de aire a 400 kPa y 30 °C. Durante un proceso de expansión isotérmica de cuasiequilibrio, el sistema hace 15 kJ de trabajo de la frontera y sobre el sistema se efectúan 3 kJ de trabajo de agitación. Durante este proceso, el calor transferido es a) 12 kJ b) 18 kJ c) 2.4 kJ d ) 3.5 kJ e) 60 kJ 4-164 Un recipiente tiene un calentador de resistencia y un mezclador; se llena con 3.6 kg de vapor de agua saturado a 120 °C. A continuación, el calentador y el mezclador se ponen a trabajar, se comprime el vapor de agua, y hay pérdidas de calor al aire de los alrededores. Al final del p roceso, la temperatura y presión del vapor de agua en el recipiente se miden, y resultan ser 300 °C y 0.5 MPa. La transferencia neta de energía al vapor de agua durante este proceso es a) 274 kJ b) 914 kJ c) 1 213 kJ d ) 988 kJ e) 1 291 kJ 4-165 Un paquete con 6 latas de bebida debe enfriarse de 18 °C a 3 °C. La masa de cada bebida enlatada es 0.355 kg. Se puede considerar que la bebida es agua, y que la energía almacenada en la propia lata de aluminio es despreciable. La cantidad de calor transferido de las 6 bebidas enlatadas es a) 22 kJ b) 32 kJ c) 134 kJ d ) 187 kJ e) 223 kJ 4-166 Un vaso contiene 0.45 kg de agua a 20 °C, y se va a enfriar a 0 °C, agregándole cubos de hielo a 0 °C. El calor latente de fusión de hielo es 334 kJ/kg, y el calor específico del agua es 4.18 kJ/kg · °C. La cantidad de hielo que debe agregarse es a) 56 gramos b) 113 gramos
c) 124 gramos d ) 224 gramos e) 450 gramos 4-167 Un calentador de resistencia eléctrica, de 2 kW, se sumerge en 5 kg de agua, y se enciende y permanece encendido 10 min. Durante el proceso, el agua pierde 300 kJ de calor. Entonces, el aumento de temperatura del agua es a) 0.4 °C b) 43.1 °C c) 57.4 °C d ) 71.8 °C e) 180 °C
es c _ 0.7 _ (2.7 _ 10 _4)T (kJ/kg · K), estando T en kelvin. El cambio de energía interna para este gas ideal, cuando tiene un proceso en el que la temperatura cambia de 27 a 127 °C se aproxima más a a) 70 kJ/kg b) 72.1 kJ/kg c) 79.5 kJ/kg d ) 82.1 kJ/kg e) 84.0 kJ/kg 4-173 Un gas ideal tiene una constante de gas R = 0.3 kJ/ kg · K, y el calor específico a volumen constante es c = 0.7 kJ/kg · K. Si el gas tiene un cambio de temperatura de 100 °C, elija la respuesta correcta para cada una de los siguientes casos: 1. El cambio en entalpía es, en kJ/kg, a) 30 b) 70 c) 100 d ) Información insuficiente para determinarlo. 2. El cambio en la energía interna es, en kJ/kg, a) 30 b) 70 c) 100 d ) Información insuficiente para determinarlo. 3. El trabajo realizado es, en kJ/kg, a) 30 b) 70 c) 100 d ) Información insuficiente para determinarlo. 4. La transferencia de calor es, en kJ/kg, a) 30 b) 70 c) 100 d ) Información insuficiente para determinarlo. 5. El cambio en el producto presión -volumen es, en kJ/kg a) 30 b) 70 c) 100 d ) Información insuficiente para determinarlo. 4-174 Un gas ideal se somete a un proceso de temperatura constante (isotérmico) en un sistema cerrado. La transferencia de calor y el trabajo son, respectivamente, a) 0, – c T b) c T , 0 c) c p T , RT d ) R ln(T 2/T 1), R ln(T 2 /T 1) 4-175 Un gas ideal se somete a un proceso de volumen constante (isocórico) en un sistema cerrado. La transferencia de calor y el trabajo son, respectivamente, a) 0, – c T b) cvT , 0 c) c pT, RT d ) R ln(T 2/T 1), R ln(T 2 /T 1) 4-176 Un gas ideal se somete a un proceso de presión constante (isobárico) en un sistema cerrado. La transferencia de calor y el trabajo son, respectivamente, a) 0, – c T b) c T , 0 c) c pT, RT d ) R ln(T 2/T 1), R ln(T 2 /T 1) 4-177 Un gas ideal se somete a un proceso de entropía constante (isentrópico) en un sistema cerrado. La transferencia de v
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4-168 Se van a calentar 1.5 kg de agua líquida, de 12 a 95 °C, en una tetera que tiene un elemento calentador de 800 W en su interior. Se puede suponer que el calor específico del agua es 4.18 kJ/kg · °C, y que durante el calentamiento se puede ignorar el calor perdido del agua. Entonces, el tiempo que tarda el agua en llegar a la temperatura indicada es a) 5.9 min b) 7.3 min c) 10.8 min d ) 14.0 min e) 17.0 min 4-169 Un huevo ordinario tiene 0.1 kg de masa, y su calor específico es 3.32 kJ/kg · °C; se introduce en agua hirviente a 95 °C. Si la temperatura inicial del huevo es 5 °C, la cantidad máxima de calor transferido a él es a) 12 kJ b) 30 kJ c) 24 kJ d ) 18 kJ e) infinita 4-170 Una manzana tiene 0.18 kg de masa, y su calor específico promedio es 3.65 kJ/kg · °C; se enfría de 22 °C hasta 5 °C. La cantidad de calor transferido desde la manzana es a) 0.85 kJ b) 62.1 kJ c) 17.7 kJ d ) 11.2 kJ e) 7.1 kJ 4-171 El calor específico de un gas ideal, a presión constante, es c p _ 0.9 _ (2.7 _ 10 _4)T (kJ/kg · K), estando T en kelvin. Para este gas ideal, el cambio d e entalpía durante un proceso en el que la temperatura cambia de 27 a 147 °C, se aproxima más a a) 19.7 kJ/kg b) 22.0 kJ/kg c) 25.5 kJ/kg d ) 29.7 kJ/kg e) 32.1 kJ/kg 4-172 El calor específico de un gas ideal a volumen constante
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calor y el trabajo son, respectivamente, a) 0, – c T b) c T , 0 c) c pT, RT d ) R ln(T 2/T 1), R ln(T 2 /T 1) v
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capitulo 5 5-202 Se acelera vapor por una tobera, de una manera estacionaria, de una velocidad baja a una velocidad de 280 m/s, a razón de 2.5 kg/s. Si la temperatura y la presión del vapor a la salida de la tobera son 400 °C y 2 MPa, el área de salida de la tobera es a) 8.4 cm2 b) 10.7 cm2 c) 13.5 cm2 d ) 19.6 cm2 e) 23.0 cm2 5-203 Entra vapor, de una manera estacionaria, a un difusor a 0.5 MPa, 300 °C y 122 m/s a una razón de 3.5 kg/s. El área de entrada del difusor es a) 15 cm2 b) 50 cm2 c) 105 cm2 d ) 150 cm2 e) 190 cm2 5-204 Un intercambiador de calor adiabático se usa para calentar agua fría a 15 °C que entra a una razón de 5 kg/s, mediante aire caliente a 90 °C que entra también a razón de5 kg/s. Si la temperatura de salida del aire caliente es 20 °C,la temperatura de salida del agua fría es a) 27 °C b) 32 °C c) 52 °C d ) 85 °C e) 90 °C 5-205 Se usa un intercambiador de calor para calentar agua fría a 15 °C que entra a una razón de 2 kg/s, mediante aire caliente a 185 °C que entra a una razón de 3 kg/s. El intercambiador de calor no está aislado y pierde calor a razón de 25 kJ/s. Si la temperatura de salida del aire caliente es 20 °C, la temperatura de salida del agua fría es a) 28 °C b) 35 °C c) 38 °C d ) 41 °C e) 80 °C 5-206 Un intercambiador de calor adiabático se usa para calentar agua fría a 15 °C que entra a razón de 5 kg/s mediante agua caliente a 90 °C que entra a razón de 4 kg/s. Si la temperatura de salida del agua caliente es 50 °C, la temperatura de salida del agua fría es a) 42 °C b) 47 °C
c) 55 °C d ) 78 °C e) 90 °C 5-207 En una ducha, el agua fría a 10 °C que fluye con un flujo de 5 kg/min se mezcla con agua caliente a 60 °C que fluye con un flujo de 2 kg/min. La temperatura de salida de la mezcla es a) 24.3 °C b) 35.0 °C c) 40.0 °C d ) 44.3 °C e) 55.2 °C 5-208 En un sistema de calefacción, el aire frío del exterior, a 7 °C, que fluye a razón de 4 kg/min, se mezcla adiabáticamente con aire caliente a 70 °C que fluye a razón de 3 kg/ min. La temperatura de salida de la mezcla es a) 34 °C b) 39 °C c) 45 °C d ) 63 °C e) 77 °C 5-209 Los gases calientes de combustión (cuyas propiedades se aproximan bastante bien con las propiedades del aire a temperatura ambiente) entran a una turbina de gas a 1 MPa y 1.500 K con un flujo de 0.1 kg/s, y salen a 0.2 MPa y 900 K. Si se pierde calor de la turbina al entorno a razón de 15 kJ/s, la potencia desarrollada por la turbina de gas es a) 15 kW b) 30 kW c) 45 kW d ) 60 kW e) 75 kW 5-210 Se expande vapor en una turbina de 4 MPa y 500 °C a 0.5 MPa y 250 °C, a razón de 1.350 kg/s. Se pierde calor de la turbina a razón de 25 kJ/s durante el proceso de expansión. La potencia desarrollada por la turbina es a) 157 kW b) 207 kW c) 182 kW d ) 287 kW e) 246 kW 5-211 Un compresor adiabático comprime vapor de agua de 0.2 MPa y 150 °C a 0.8 MPa y 350 °C, a razón de 1.30 kg/s. La potencia consumida por el compresor es a) 511 kW b) 393 kW c) 302 kW d ) 717 kW e) 901 kW 5-212 Un compresor comprime refrigerante 134a del estado de vapor saturado a 0.14 MPa a 0.9 MPa y 60 °C, a razón de 0.108 kg/s. El refrigerante se enfría a razón de 1.10 kJ/s
durante la compresión. La potencia consumida por el compresor es a) 4.94 kW b) 6.04 kW c) 7.14 kW d ) 7.50 kW e) 8.13 kW 5-213 En una turbina adiabática se expande refrigerante 134a de 1.2 MPa y 100 °C a 0.18 MPa y 50 °C, a razón de 1.25 kg/s. La potencia desarrollada por la turbina es a) 46.3kW b) 66.4 kW c) 72.7 kW d ) 89.2 kW e) 112.0 kW 5-214 Refrigerante 134a a 1.4 MPa y 90 °C se estrangula a una presión de 0.6 MPa. La temperatura del refrigerante después de la estrangulación es a) 22 °C b) 56 °C c) 82 °C d ) 80 °C e) 90 °C 5-215 Aire a 27 °C y 5 atm se estrangula por una válvula a 1 atm. Si la válvula es adiabática y el cambio en energía cinética es despreciable, la temperatura de salida del aire s erá a) 10 °C b) 15 °C c) 20 °C d ) 23 °C e) 27 °C 5-216 Vapor de agua a 1 MPa y 300 °C se estrangula adiabáticamente a una presión de 0.4 MPa. Si el cambio en energía cinética es despreciable, el volumen específico del vapor después de la estrangulación es a) 0.358 m3/kg b) 0.233 m3/kg c) 0.375 m3/kg d ) 0.646 m3/kg e) 0.655 m3/kg 5-217 Se debe calentar aire, de una manera estacionaria, en un calentador de resistencia eléctrica de 8 kW mientras fluye por un conducto aislado. Si el aire entra a 50 °C a razón de 2 kg/s, la temperatura de salida de aire es a) 46.0 °C b) 50.0 °C c) 54.0 °C d ) 55.4 °C e) 58.0 °C 5-218 Vapor saturado de agua a 40 °C se condensa al fluir por un tubo a razón de 0.20 kg/s. El condensado sale del tubo como líquido saturado a 40 °C. La tasa de transferencia de calor del tubo es a) 34 kJ/s b) 481 kJ/s c) 2.406 kJ/s d ) 514 kJ/s e) 548 kJ/s
