Práctica deCurso TERMODINÁMICA Facultad Ingeniería Asunto Aula Docente Jaime Ruiz García Carrera Ingeniería Nº 3 Unidad 2 Tema Sistemas cerrados Tipo Aplicaciones Logros específicos: Al finalizar la sesión, el estudiante interpreta y elabora un informe de laboratorio sobre la primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos, y desarrollando ejercicios, aplicando la tabla de conversiones, con coherencia en la información, orden y precisión en las respuestas. 1. Para cada uno de los siguientes casos correspondientes a procesos de sistemas cerrados, completa los datos que faltan: Q W E1 E2 E Q W E1 E2 E (a) 24 15 -8 (a) 16 27 12 (b) -8 62 - 18 (b) -9 - 15 29 (c) - 17 - 14 20 (c) 10 6 - 10 2. Un dispositivo cilindro – émbolo que contiene 1,4kg de aire se mantiene a una presión constante de 7bar. Durante el proceso el calor extraído es 49kJ, mientras que el volumen varía de 0,15 a 0,09m 3. Calcula la variación de energía interna del gas en kJ/kg. 3. Se calientan 2kg de agua líquida saturada a 150ºC, a presión constante, en un dispositivo de cilindro – émbolo, hasta que se convierte en vapor saturado. Determina la transferencia de calor requerida para este proceso. 4. El aire contenido en un cilindro se comprime por medio de un pistón de acuerdo a la relación pV 1,4 = C. Originalmente el aire se encuentra a una presión de 1bar y ocupa 400cm3. El volumen del aire se reduce durante la compresión hasta 1/8 de su valor inicial. Si el proceso es adiabático y se desarrolla sin fricción, calcula el cambio en energía interna que experimenta el aire. 5. Un dispositivo cilindro – émbolo contiene nitrógeno que se encuentra inicialmente a 6bar, 177ºC y ocupa 0,05m3. el gas experimenta un proceso cuasiestático según la ecuación PV 2 = constante. La presión final es de 1,5bar. Determina: a) El trabajo realizado. b) La variación de energía interna si el calor suministrado es 5,0 kJ. 6. Un gas en un dispositivo cilindro-pistón sufre dos procesos consecutivos. Desde el estado 1 al 2 hay una transferencia de energía al gas mediante calor, de magnitud 500 kJ, y el gas realiza un trabajo sobre el pistón con un valor de 800 kJ. El segundo proceso, desde el estado 2 al estado 3, es una compresión a la presión constante de 400 kPa, durante la cual hay una transferencia de calor, desde el gas, igual a 450 kJ. También se conocen los siguientes datos: U1= 2 000 kJ y U3 = 3 500 kJ. Despreciando cambios en la energía cinética y potencial, calcula el cambio en el volumen del gas durante el proceso 2-3, en m3. 7. Un sistema cerrado experimenta un ciclo compuesto por los procesos a, b y c. Los datos del ciclo se encuentran en la tabla siguiente. Calcula los datos que faltan. Q W E1 E2 E (a) 7 4 6 (b) -8 3 (c) 4 8. Un dispositivo cilindro – émbolo contiene un gas que experimenta una serie de procesos cuasiestáticos que conforman un ciclo. Los procesos son: 1-2, compresión adiabática; 2-3, presión constante; 3-4 expansión adiabática; 4-1 volumen constante. En la tabla se muestran los datos al comienzo y al final de cada proceso. 1 5 cons tan te La presión inicial es 3 bar.47 2 23.9 570 465 3. cm3 T.100 540 0. Un dispositivo cilindro – émbolo contiene un gas que experimenta una serie de procesos cuasiestáticos que conforman un ciclo.9 1 710 1 940 11.4.2 m3. compresión adiabática.02 4 4. ºC U. El gas sufre un proceso para el que la relación presión-volumen es pV 1. psia V. Los procesos son como sigue: 1-2.6 kJ/kg. Determina la transferencia neta de calor durante el proceso.736 2 140 0. En la tabla se muestran los datos al comienzo y al final de cada proceso. 2 .860 10. ºR U. La variación en la energía interna específica del gas en este proceso es u2 – u1= .5 bar.95 5 700 20 1.67 3 23.1 m 3. No hay cambios significativos en las energías cinéticas y potencial. y el trabajo durante el proceso. en °C. bar V. el volumen inicial es 0. 3-4 expansión adiabática. en kJ. ENFRIAMIENTO DE UN GAS EN UN SISTEMA CILINDRO – PISTÓN Cuatro kilogramos de un cierto gas están contenidos dentro de un dispositivo cilindro-pistón.100 1 950 2. Determina la temperatura en el estado final. Representa esquemáticamente el ciclo en el diagrama PV y determina las interacciones trabajo y calor en Btu para cada uno de los cuatro procesos: Estado P.635 3 140 0.025 1 180 1. 11.050 2 360 3. 4-1 volumen constante.45 5 700 1 095 6. AGUA QUE SE AGITA A VOLUMEN CONSTANTE Un depósito rígido bien aislado con un volumen de 3 m3 contiene vapor de agua saturado a 100°C.540 4 58 0. 2-3. Representa esquemáticamente el ciclo en el diagrama pV y determina las interacciones trabajo y calor en kJ para cada uno de los cuatro procesos: Estado p. ft3 T. Se agita el agua enérgicamente hasta que su presión alcanza 1. en julios.79 9. y el volumen final es 0. Btu 1 16 0. presión constante. kJ 1 0.