PROBLEMAS DE TERMODINAMICAUNIDAD 1 y 2. 1.- Un pequeño cohete experimental que tiene 70 kg de masa se acelera a 6,0 m/s 2 . ¿Qué fuerza total se necesita, en newtons, si (a) el cohete se mueve horizontalmente y sin fricción, y (h) el cohete se mueve verticalmente hacia arriba y sin fricción, en un lugar donde la aceleración local es 9,45 m/s 2 ? 2.- Un depósito de aire de 20 Ft 3 está dividido por una membrana en una parte A, con un volumen específico inicial de 0,80 ft 3 /lbm, Y una parte B con una masa de 12,0 lbm • Se rompe la membrana y la densidad resultante es 1,350 lbm/ Ft 3 . Calcúlese el volumen específico inicial de la parte B, en Ft 3 /lbm. 3.- Determínese la presión equivalente a 1 bar en función de los metros de una columna de líquido a temperatura ambiente, donde el líquido es (a) agua, (b) alcohol etílico, y (e) mercurio. La densidad relativa del alcohol etílico es 0,789, la densidad relativa del mercurio es 13,59 y g = 9,80 m/s". 4.-. La presión manométrica de un sistema es equivalente a una altura de 75 cm de un fluido de densidad relativa 0,75. Si la presión barométrica es 0,980 Bar, calcúlese la presión absoluta en el interior de la cámara, en mbar. 5.-. La presión manométrica de un sistema es equivalente a una altura de 24 in de un fluido con una densidad relativa de 0,80. Si la presión barométrica es 29,5 inHg, Calcúlese la presión absoluta en el interior de la cámara, en Psia. 6.- Un depósito de almacenamiento vertical contiene inicialmente agua (p = 1.000 kg/m 3 ) hasta una altura de 4 m. Se añade aceite inmiscible de densidad relativa 0,88 hasta que la altura total del líquido es 10 m. Si la Presión barométrica es 97,2 kPa y g = 9,80 m/s 2 , determínese la presión absoluta en el fondo del agua, en kPa y bar. 7.- La presión manométrica de un gas dentro de un depósito es 3,0 lb/in 2 . Determínese la altura vertical, en pulgadas, del líquido del manómetro acoplado al sistema si el fluido, a temperatura ambiente, es (a) mercurio (p = 850 Ibm,/Ft 3 , (b) agua, y (c) un aceite de densidad relativa 0,90, con g = 32,0 Ft/s 2 . 8.- Un manómetro conectado a un tanque indica 50 Psi en un lugar donde la presión barométrica es 29.1 Pulg Hg. Determine la presión absoluta en el tanque. Suponga que la Hg = 848.4 lbm/Ft 3 . 9.-Un manómetro está conectado a un depósito de gas en que la presión es mayor que la del entorno. El líquido del manómetro es mercurio, con una densidad de 13.59 g/cm 3 . La diferencia entre los niveles de mercurio en el manómetro es 2 cm. La aceleración de la gravedad es 9.81 m/s 2 . La presión atmosférica es 93.0 KPa. Calcular en KPa. a) La presión manométrica del gas b) La presión absoluta del gas 10.-Un tanque contiene aire a 40C y 1MPa. Si hay 1.5kg de aire en el tanque, ¿Cuál es el volumen de éste? 11.- En un tanque hay dos libras de aire. Si ocupan un volumen de 5 Ft 3 , ¿Cuál es la densidad del aire en el tanque? 12.- Un recipiente cerrado contiene 8ft 3 de aire a 17psia y 125F. Si se suministran 60Btu al aire, determine la presión final. Suponga que C v = 0.17Btu/lbm R. 13.- Determine el cambio en la energía interna cuando se expande aire, inicialmente a 200psia y 200F, en un cilindro a presión constante de un volumen inicial de 20ft 3 al triple de su volumen inicial. Suponga que C p = 0.24Btu/lbR y que C v = 0.171Btu/lbR. 14.-Un tanque cilíndrico vertical, lleno con un fluido, tiene 1 m de diámetro y 1.5 m de altura. Pesa 6000N, y la aceleración de la gravedad es 9.82 m/s 2 . Calcule: a)el volumen ocupado por el fluido, b) el peso especifico del fluido, c) la densidad del fluido, d) la gravedad especifica del fluido. R.- a) 1.178 m 3 ; b) 5093 N/m 3 ; c) 518.6 d) 0.5186 15.-Un manómetro de presión diferencial montado en un recipiente muestra una lectura de 1.25 MPa y un barómetro local indica una presión atmosférica de 0.96 bar. Calcule la presión absoluta dentro del recipiente. R: 1346 KPa 16.-Una fuerza de 1600 N se aplica de manera uniformes sobre émbolo de 8 cm de Diámetro. Determine la presión sobre el émbolo. R = 319 KN/m UNIDAD 3 17.- encuentre la calidad, el volumen especifico y la energía interna de un vapor a 7 bar y entalpía de 2600 KJ/kg. 18.- Complete la tabla de propiedades de agua, indique análisis. P, bar T, °C v, m 3 /kg h, kJ/kg x, % 4.5 623.25 10 60 30 400 140 1.0784 19.- Complete la tabla de propiedades de agua, indique análisis. P, Psia T, °F v, Ft 3 /lb m u, BTU/lb m x, % 250 180 1323.5 250 218.6 400 1.866 20.- Determínense los datos requeridos del agua para las siguientes condiciones especificadas: (a) la presión y el volumen del líquido saturado a 20°C, (b) la temperatura y entalpía del vapor saturado a 9 bar, (c) volumen especifico y energía interna a 10 bar y 280 °C, (d) la temperatura y el volumen especifico a 8 bar y una calidad del 80%, (e) el volumen especifico y la entalpía a 100°C y 100 bar, (f) la presión y la entalpía especifica a 150 °C y el 70% de calidad, (g) la temperatura y la energía interna especifica a 15 bar y una entalpía del 2.899,3 kJ/kg, (h) La calidad y el volumen especifico a 200°C y una entalpía del 1.822,8 kJ/kg, (i) la energía interna y el volumen especifico a 140°C y una entalpía de 2.733,9 kJ/kg, y (k) la temperatura y el volumen especifico a 200 bar y una entalpía de 434,06 kJ/kg. 21.- Se enfría a volumen constante vapor de agua a 2 MPa y 280°C hasta que la presión alcanza un valor de 0,50 MPa. Determínese la energía interna en el estado final y hágase un esquema del proceso en un diagrama Pv. 22.-Calcule la entalpía especifica en kJ/Kg, del agua a 100 °C y a 15 MPa de presión. 23.- Se enfría a volumen constante vapor de agua a 2 MPa y 280°C hasta que la presión alcanza un valor de 0,50 MPa. Determínese la energía interna en el estado final y hágase un esquema del proceso en un diagrama Pv. 24.- Se enfría a volumen constante vapor de agua a 300 Psia y 450 °F hasta que la presión alcanza el valor de 50 Psia. Determínese la energía interna en el estado final y hágase un esquema del proceso en un diagrama Pv. 25-.Una mezcla líquido-vapor de agua se mantiene en un recipiente rígido a 60°C. El sistema se calienta hasta que su estado final es el punto crítico. Determínese (a) la calidad inicial de la mezcla y (b) la relación inicial entre los volúmenes de vapor y de líquido. 26.- Un recipiente rígido contiene vapor de agua a 15 bar y a una temperatura desconocida. Cuando el vapor se enfría hasta 180 °C, Este comienza a condensar. Estímese (a) la temperatura inicial en °C, (b) la variación de la energía interna en kJ. (c) Hágase un diagrama Pv. 27.- En un recipiente rígido se enfría agua a 10 bar y 280°C hasta que se convierte en vapor saturado. Determínese (a) la presión y temperatura finales en bar y grados Celsius respectivamente y (b) la variación de la energía interna de kJ/kg. (c) Hágase un esquema del proceso en un diagrama Pv. 28.-Una masa de agua a 10 bar y 0,02645 m 3 /kg experimenta un proceso a presión constante hasta un estado final de 0,206 m 3 /kg (a) Determine la variación de la energía interna en kJ/kg y un diagrama Pv del proceso. 29.- Un recipiente rígido contiene vapor de agua a 15 bar y a una temperatura desconocida. Cuando el vapor se enfría hasta 180 °C, Este comienza a condensar. Estímese (a) la temperatura inicial en °C, (b) la variación de la energía interna en kJ. (c) Hágase un diagrama Pv. 30.- Un tanque rígido de 1 ft 3 contiene vapor de agua inicialmente saturado a 50 psia. Un enfriamiento del agua origina una caída de presión a 15 psia. Se puede determinar en el instante final de equilibrio (a) La temperatura en °F (b) la calidad final (c) el cociente entre la masa del líquido y la masa del vapor (d) Dibújese el proceso en n diagrama Pv. 31.- Se enfría a volumen constante una masa de vapor de agua inicialmente a 3 MPa y 400°C (estado 1) hasta una temperatura de 200°C (estado 2). Después se extrae calor a temperatura constante hasta que alcanza el estado líquido saturado (estado 3). Determine: (a) La presión final en bar (b) La calidad final del proceso a volumen constante. (c) Variación total de volumen especifico en m 3 /kg. (d) Variación de energía interna específica en kJ/kg entre los estados 2 y 3 (e) Dibuje esquema de los procesos en diagrama Pv. 32.-. Un dispositivo cilindro-émbolo contiene agua inicialmente como mezcla líquido-vapor a 2 bar que ocupa un volumen de 0.233 m 3 El émbolo reposa sobre unos resaltes y no se mueve hasta que la presión alcanza el valor de 10 bar. Se le transfiere un flujo de calor constante al agua de 250 kJ/min. Determínese (a) la masa inicial de líquido. (b) el calor suministrado hasta que el émbolo comienza a moverse, y (c) el tiempo en minutos necesario para que el émbolo comience a moverse. 33.-cinco kg de vapor de agua saturados están contenidos en un depósito rígido a una presión inicial de 40 Bar. La presión del agua cae a 20 bar como Consecuencia de la cesión de calor al ambiente. Determine el volumen del depósito en m 3 , y la calidad en el estado final. R: a) 0.2848; b) 49.4% 34.-Dos kg de agua, inicialmente como vapor saturado a 100 KPa, se enfria hasta líquido saturado en un proceso a presión constante. Determine las transferencias de calor y trabajo para el proceso, en kJ. Compruebe que, en este caso, la transferencia de calor es igual a la variación de entalpía del agua. R: 4516 KJ; 338.6 KJ 35.- El aire del interior de un neumático de automóvil, con un volumen de 0,042 m 3 , ha alcanzado 360 kPa a 40 °C. Tras enfriarlo hasta 20 °C desearía que la presión fuese de 300 kPa. Calcúlese el volumen que hay que quitar, en metros cúbicos, si se midiese a 20 °C y 100 KJ 36.- Un dispositivo cilindro—émbolo contiene un gas ideal, inicialmente a 50 psia y 3 ft 3 . El émbolo se desplaza 2 ft en un proceso de expansión isoterma. La presión atmosférica es de 14.7 psia, existe una fuerza de fricción de 100 lb f , que se opone al movimiento y el área del émbolo es igual a 36 in 2 . Calcúlese el trabajo neto comunicado al eje de salida, en ft· lb m . 37.- Un depósito rígido y bien aislado térmicamente contiene 0.1 m 3 de aire. El trabajo de 9.45 Nm de una rueda de paletas permite alcanzar una presión final de 2.5 bar y una temperatura de 400°K. Determínese: a) la temperatura inicial en °K, y b) la presión inicial en bar. 38.-Una masa de 0.1 lb m de aire a 30 psia que ocupa 0.69 ft 3 , se expande a presión constante hasta un volumen de 1.5 ft 3 . A continuación experimenta un cambio de estado a volumen constante hasta una presión de 15 psia. Calcúlese el trabajo total realizado, el calor transferido y la variación total de energía interna, todo ello en Btu.