PROBLEMAS RESUELTOS/Iº LEY –PARTE 1.

“Los problemas son oportunidades para demostrar lo que se sabe”“La práctica es un maestro excepcional”“Aunque mucho hayas leido en teoria,si no tienes práctica eres un ignorante”

PROBLEMA Nº1.-

Se comprimen 2 lbm de aire desde 20 hasta 200 psia manteniendo constante su temperatura a 100 ºF.Calculese el calor necesario para llevar a cabo este proceso.

RESOLUCION.-Paso 1 :El proceso es a temperatura constante,por lo que ΔU=0.Paso 2 : El fluido de trabajo es aire(gas a condiciones ideales).Paso 3 : La relación de la primera ley que se va a usar es Q=W+ΔUEntonces , Q=W El trabajo para un gas ideal se calcula medianteW= m R T ln (V2/V1)=mRT ln(p1/p2)=(2 lbm)(53,3 lbf-pie/lbm-ºR)(560ºR)(1 Btu/778 lbf-pie)ln(207200)=- 176.7 Btu.

PROBLEMA Nº 2

En un volumen rigido de 2 m3 se tiene Helio a 50ºC y 200 Kpa.Calculese el calor que es necesario comunicar para aumentar la presión hasta 800 Kpa.

RESOLUCIÓN.

PASO 1: El proceso es isocórico( volumen constante),por lo tanto el trabajo W=0. PASo 2:El fluido de trabajo es Helio(gas). PASO 3: La relación de la Iº Ley que se va a utilizar es:Q=mΔU=mCvΔT= Q=(pV/RT)Cv(T2-T1). Como no se conoce T2, lo podemos determinar usando la relación de los gases ideales, pV=mRT: P1/T1=p2/T2, 200/300=800/T2 ; T2=1292 ºK Entonces, Q=[(200x2)/(2,077x323)](3,116)(1292-323)=1800 Joules.

PROBLEMA Nº 3

Un dispositivo cilindro –pistón contiene 0,02 m3 de aire a 50 ºC y 400 KPa.Se comunican 50 KJ en forma de calor y una rueda de paletas realiza trabajo hasta que la temperatura alcanza el valor de 700 ºC.¿Cual es el trabajo comunicado al aire por la rueda de paletas si la presión se mantiene constante?.Supongase constantes

las capapacidades térmicas especificas.

RESOLUCIÓN. PASO 1:El proceso es isobárico(presión constante).El calor no es igual a la variación de entalpia. PASO 2: Fluido de trabajo:Aire.El sistema es cerrado. PASO 3:La Iº ley se puede escribir: Q-Wrueda de paletas=m(h2-h1)=mCp(T2-T1) La masa “m” se puede calcular con la ecuación de los gases ideales; M=(pV/RT)=(400000x0,02)/(287x323)=0,0863 Kgm. Entonces, Wrueda de paletas=50-(0,0863x1,00)(700-50)=- 6,095 KJoules.