Problemas de Termodinamica - 3 - 2013
4
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL FACULTAD DE INGENIERIA DE INGENIERIA MECANICA 1 3.- PROBLEMAS DE TERMODINAMICA – I 1.- Calcular el trabajo de e xpansión hecho en calorías, cuando un m ol de agua se v aporiza reversiblemente en su punto de ebullición, es decir a 100 °C y 1 atm., sabiendo que el volumen especifico (volumen por unidad de masa) del vapor de agua en estas condiciones es de 1670 cc/gr. 2.- Cuando 20 lt. de aire a l a presión de 1 a tm supuesto que se comportara como un g as ideal, se expande isotérmicamente hasta ocupar un volumen de 100 lt hallar el calor absorbido para la expansión y el trabajo hecho por el gas con el calor absorbido. 3.- Un cilindro de 110 mm de diámetro contiene 100 cm 3 de agua a 60 °C, un embolo de 50 kg descansa sobre el agua. Si se añade calor hasta que la temperatura sea de 200 °C, hallar el trabajo realizado. 4.- A un dispositivo cilindro – embolo se le añade energía moviendo el embolo de tal modo que la magnitud PV permanece constante. La presión y el volumen iniciales son 200 kPa y 2 m 3 respectivamente, si la presión final es 100 kPa, calcular el trabajo realizado por el gas sobre el embolo. 5.- Un dispositivo sin fricción que consta de cilindro – e mbolo contiene 15 lb m de vapor a 70 psia y 350 °F. se transfiere calor al vapor hasta que la temperatura alcanza 450 °F. si el embolo no está unido a una flecha y su masa es constante, determinar el trabajo que realiza el vapor durante este proceso. 6.- Al inicio un dispositivo de cilindro – embolo contiene 0.65 m 3 de aire a 180 kPa y 80 °C. se comprime el aire a 0.225 m 3 de tal manera que la temperatura dentro del cilindro permanece constante. Determina r el trabajo hecho durante el proceso. 7.- Aire a 350 K y 400 kPa se calienta a presión constante hasta 680 K: a).- determinar el cambio de energía interna del aire por unidad de masa empleand o datos de t ablas. b).- empleando la forma de función del calo r especifico . c).- el valor del calor especifico promedio. 8.- Un recipiente de 3.27 m 3 contiene 100 kg de N 2 a 175 K. determinar la presión en el recipiente con: a).- Ecuación del gas ideal. b).- Ecuación d e Van der Waals. c).- Ecuación de Beattie – Bridgeman. Compare sus resultados con el valor real de 1505 kPa. 9.- Un recipiente de 1 m 3 contiene 2.841 kg de vapor a 0.6 MPa. Determinar la temperatura del vapor con: a).- Ecuación del gas ideal. b).- Ecuación d e Van der Waals. c).- Tablas de vapor. 10.- Un recipiente rígido de 0.03 m 3 contiene aire a 1.4 bar y 20 °C. se suministra calor al recipiente hasta que la presión sube a 3.5 bar. Determinar el calor añadido. 11.- 8 kg de aire que inicia lmente se enc uentra a 10 °C reciben un traba jo de rozamien to de 6 00 kJ a la vez que realiza un trabajo de expansión de 400 kJ en un proceso adiabático. Hallar la temperatura final. 12.- Un tanque adiabático, rígido y hermético contiene 0.5 kg de aire a 3 bar y 25 °C. En su interior contiene un ventilador acoplado a un motor eléctrico (ambos dentro del tanque) el cual consume una potencia de 0.5 kW de la cual sólo el 85 % se convierte en trabajo. ¿C uántos minutos debe funciona r el ventilador para que se duplique la presión?.
Transcript of Problemas de Termodinamica - 3 - 2013
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL FACULTAD DE INGENIERIA DE INGENIERIA MECANICA
3.-PROBLEMAS DE TERMODINAMICA I1.-Calcular el trabajo de expansin hecho en caloras, cuando un mol de agua se vaporiza reversiblemente en su punto de ebullicin, es decir a 100 C y 1 atm., sabiendo que el volumen especifico (volumen por unidad de masa) del vapor de agua en estas condiciones es de 1670 cc/gr.
2.-Cuando 20 lt. de aire a la presin de 1 atm supuesto que se comportara como un gas ideal, se expande isotrmicamente hasta ocupar un volumen de 100 lt hallar el calor absorbido para la expansin y el trabajo hecho por el gas con el calor absorbido.
3.-Un cilindro de 110 mm de dimetro contiene 100 cm3 de agua a 60 C, un embolo de 50 kg descansa sobre el agua. Si se aade calor hasta que la temperatura sea de 200 C, hallar el trabajo realizado.
4.-A un dispositivo cilindro embolo se le aade energa moviendo el embolo de tal modo que la magnitud PV permanece constante. La presin y el volumen iniciales son 200 kPa y 2 m3 respectivamente, si la presin final es 100 kPa, calcular el trabajo realizado por el gas sobre el embolo.
5.-Un dispositivo sin friccin que consta de cilindro embolo contiene 15 lbm de vapor a 70 psia y 350 F. se transfiere calor al vapor hasta que la temperatura alcanza 450 F. si el embolo no est unido a una flecha y su masa es constante, determinar el trabajo que realiza el vapor durante este proceso.
6.-Al inicio un dispositivo de cilindro embolo contiene 0.65 m3 de aire a 180 kPa y 80 C. se comprime el aire a 0.225 m3 de tal manera que la temperatura dentro del cilindro permanece constante. Determinar el trabajo hecho durante el proceso.
7.-Aire a 350 K y 400 kPa se calienta a presin constante hasta 680 K:a).- determinar el cambio de energa interna del aire por unidad de masa empleando datos de tablas.b).- empleando la forma de funcin del calor especifico.c).- el valor del calor especifico promedio.
8.-Un recipiente de 3.27 m3 contiene 100 kg de N2 a 175 K. determinar la presin en el recipiente con:a).- Ecuacin del gas ideal.b).- Ecuacin de Van der Waals.c).- Ecuacin de Beattie Bridgeman. Compare sus resultados con el valor real de 1505 kPa.
9.-Un recipiente de 1 m3 contiene 2.841 kg de vapor a 0.6 MPa. Determinar la temperatura del vapor con:a).- Ecuacin del gas ideal.b).- Ecuacin de Van der Waals.c).- Tablas de vapor.
10.-Un recipiente rgido de 0.03 m3 contiene aire a 1.4 bar y 20 C. se suministra calor al recipiente hasta que la presin sube a 3.5 bar. Determinar el calor aadido.
11.-8 kg de aire que inicialmente se encuentra a 10 C reciben un trabajo de rozamiento de 600 kJ a la vez que realiza un trabajo de expansin de 400 kJ en un proceso adiabtico. Hallar la temperatura final.
12.-Un tanque adiabtico, rgido y hermtico contiene 0.5 kg de aire a 3 bar y 25 C. En su interior contiene un ventilador acoplado a un motor elctrico (ambos dentro del tanque) el cual consume una potencia de 0.5 kW de la cual slo el 85 % se convierte en trabajo. Cuntos minutos debe funcionar el ventilador para que se duplique la presin?.
13.-En un cilindro cerrado por un mbolo sin friccin hay 0.5 kg de vapor y 0.5 kg de agua lquida a 2 bar. Se le transfiere calor hasta que dentro del recipiente haya slo vapor saturado. a).- determinar el calor transferido. b).- determinar el trabajo efectuado.
14.-Un dispositivo de cilindro y pistn, contiene inicialmente 2 dm3 de un gas ideal ( Cp = 2 y Cv = 1.5 kJ/kg. K ) a 9 bar y 1200 K. El pistn se encuentra en ese punto comprimido por un resorte el cual va disminuyendo su fuerza sobre el pistn en forma proporcional al desplazamiento que este sufre debido al enfriamiento del gas el cual llega a un estado final en que ocupa 0.5 dm3 a 3 bar. Determine la temperatura final y el calor transferido.
15.-Un recipiente rgido de 30 dm3 contiene lquido y vapor de agua en equilibrio a 1 bar, la masa total de la mezcla es 0.12 kg. Calcule la cantidad de calor que debe suministrarse para aumentar la presin a 7 bar.
16.-Se tiene dos cilindros separados por medio de un aislamiento mvil; cada cilindro es dividido en dos partes por un pistn aislado que flota libremente, de masa despreciable; inicialmente la cmara A tiene un volumen de 0.1416 m3 y contiene agua a 33.3 atm y 271 C de temperatura; la cmara B tiene un volumen de 0.1416 m3, contiene vapor de agua a 393 C. la cmara C contiene 4.54 kg de vapor de agua saturado a una temperatura de 160 C; la cmara D contiene aire. Se quita el aislamiento y fluye calor de B a C lentamente hasta que el vapor en A es saturado, al mismo tiempo desde D se extrae aire para mantener una temperatura constante en C. Cul es la presin final en C?Aire Vap. Sat.VaporLiquidoH2OH2OH2ODCBA
17.-Una tubera de vapor suministra vapor de agua a 42.2 atm y 371 C a un expansor reversible y adiabtico. Este expansor descarga el vapor en un colector aislado provisto de un pistn sin rozamiento y mantiene una presin constante de 1.56 atm, el colector es alimentado con vapor de agua adicionado a travs de una vlvula de estrangulamiento de modo que la temperatura en el colector se mantiene constante a 132 C. El colector tiene una seccin transversal de 3.45 m2. Calcular cuntos kg de vapor de agua fluyen a travs de la turbina por metro de elevacin del pistn. Despreciar los cambios de energa potencial y cintica, las prdidas de calor y el rozamiento.
1 metro12
4 T = 132 C3 P = 1.56 atm Colector Expansor Expansor Vlvula de estrangulamiento
P = 42.2 atm T = 371 C
Lnea de alta presin
18.-Se tiene dos cilindros que estn en una caja bien aislados y separados por un tabique mvil. Ambos cilindros estn provistos de pistones pesados y sin rozamiento, cuya seccin transversal es de 0.0929 m2 para cada uno, el espacio del cilindro A contiene 0.454 kg de vapor de agua a 34 atm y 242 C; el cilindro B contiene 22.7 kg de agua lquida saturada a 3.4 atm y 138 C; si el tabique es eliminado y repuesto ms tarde cuando el volumen en A se ha reducido a la mitad de su volumen original y si el calor especifico de los materiales de los cilindros, tabiques y mbolo es despreciable, calcular: Q, W, E y Sa.- considerando el vapor en el cilindro A como sistemab.- considerando el agua lquida en el cilindro B como el sistemac.- considerando los cilindros, tabique y gases como el sistema.
PbPaagua lquida Vapor de agua AB
