ANÁLISIS GENERAL DE LA PRIMERA LEY

1. Un convertidor de energía experimental tiene un flujo de calor de entrada de 80000 Btu/h

y una potencia de entrada en eje de 2,2 hp. El convertidor produce una potencia eléctrica

de 18kW. Calcúlese la variación de energía del convertidor en Btu, después de un período

de 4 minutos.

2. Un dispositivo cilindro-émbolo vertical contienen aire que está comprimido por un

émbolo sin fricción de 3000 N de peso. Durante un intervalo de tiempo, una rueda de

paletas situada dentro del cilindro realiza un trabajo sobre el gas de 6,8kJ. Si el calor

cedido por el gas es de 8,7 kJ y la variación de energía interna del gas es -1kJ, determine la

distancia recorrida por el émbolo en metros. El área del émbolo es 50 cm2 y la presión

atmosférica que actúa en el exterior del émbolo es 0,95 bar.

3. Un dispositivo cilindro- émbolo contiene un gas que experimenta una serie de procesos

cuasi estáticos que conforman un ciclo. Los procesos son como sigue: 1-2, compresión

adiabática; 2-3 presión constante; 3-4 expansión adiabática; 4-1 volumen constante. En la

siguiente tabla se muestran los datos al comienzo y al final de cada proceso. Represéntese

esquemáticamente el ciclo en el diagrama PV y determínese las interacciones trabajo y

calor en kilojulios para cada uno de los cuatro procesos.

Estado P(bar) V(litros) T(ºC) U(kJ)

1 1,05 3,0 27 0,78

2 9,83 0,6 290 1,48

3 9,83 1,2 853 3,14

4 2,75 3,0 515 1,35

4. Sobre una sustancia contenida en un depósito rígido se realiza trabajo de rueda de

paletas, suministrándose 200 W. Simultáneamente se extrae un flujo de calor dado por

tQ 6 , donde Q está en vatios y t en minutos. Calcúlese:

a) La velocidad de variación de energía de la sustancia después de 12 minutos, en vatios.

b) La variación neta de energía después de 25 minutos en kilojulios.

5. En un motor diesel se comprime aire según la relación PV1,3=A, donde A es una constante.

Al comenzar la compresión el estado es 100kPa y 1300 cm3 y en el estado final el volumen

es 80 cm3.

ANÁLISIS GENERAL DE LA PRIMERA LEY

a) Represéntese el camino del proceso en el plano PV

b) Calcúlese el trabajo necesario para comprimir el aire en kilojulios suponiendo que no

hay fricción.

c) Calcúlese el trabajo necesario si está presente una fuerza de fricción de 160N, la

presión atmosférica en el exterior del dispositivo es 100 KPa y el área del émbolo es 80

cm2.

d) Si se desprecia la fricción, determine el calor si la energía interna del sistema

disminuye en 2kJ

6. Un décimo de libra de un gas de masa molar 60 lbm/lbmol se comprime a la temperatura

constante de 140ºF desde 0,2 hasta 0,1 ft3. La relación TP para el gas viene dada por

v

bRTP 1 , donde m

3

lbft20,0b y R es la constante del gas.

(a) Determine el trabajo cuasiestático realizado sobre el gas en (ft.lbf)/lbm

(b) calcúlese el trabajo que es necesario realizar, en ft.lbf, si la fricción entre el émbolo y el

cilindro es de 180 lbf, el émbolo se desplaza 0,5 ft y la presión atmosférica es 14,6 psia.

(c) Si durante el proceso se cede 23Btu de energía determine la variación de la energía interna

del gas en Btu, si se desprecia la fricción entre el émbolo y el cilindro.

7. Un dispositivo cilindro-émbolo contiene argón confinado por un émbolo sin fricción de

330lbm de masa. Durante un intervalo de 2min, una resistencia situada dentro del cilindro

recibe una corriente de 6A de una batería externa de 12V. Si el calor cedido por el gas es de

5,30 Btu y la variación de la energía interna del gas es de 2,50 Btu, determine la distancia

recorrida por el émbolo en pulgadas. El área del émbolo es de 5in2, la presión atmosférica que

actúa en el exterior es 14,4 psia y la gravedad local es 31ft/s2.

8. Un gas ideal se expande adiabáticamente hasta tres veces su volumen inicial, Para hacerlo,

el gas efectúa un trabajo de 720J. a) ¿Cuánto calor fluye desde el gas? b) ¿Cuál es el cambio en

la energía interna del gas? c) ¿su temperatura sube o baja?

9. Conforme un gas se comprime isotérmicamente, el agente compresor realiza 36J de trabajo

sobre el gas. ¿Cuánto calor fluye, en calorías, desde el gas durante el proceso de compresión?

10. Un gas ideal se expande a presión constante de 240cm de Hg desde 250cm3 hasta 780cm3.

Luego se le permite enfriarse a volumen constante hasta su temperatura inicial. ¿Cuál es el

flujo neto de calor hacia el gas durante el proceso?. De su respuesta en calorías.