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• Jimmy Ocaña Montero

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Deber # 4 -FACULTAD: Mecánica

-ESCUELA: Ing. Industrial

-ASIGNATURA: Termodinámica

-DOCENTE: Mariño Jesica

-ESTUDIANTE: Ocaña Jimmy – 1514

-FECHA: Miércoles, 11 de mayo de 2016

Problemas propuestos del libro de Termodinámica de Y. a. Cengel and M. E. Boles, 7th ed. Reno, 2011

3.25E Regrese al problema 3,24E. Use el programa ESS (u otro) para determinar las propiedades del agua que faltan. Repita la solución para los refrigerantes 134a.22 y para el amoniaco. TABLA 3.24E T (F) 300 267,22 500 400

P (PSIa) 67,03 40 120 400

U (Btu/lbm) 782=1818,93KJ/Kg 236,02 1174,4 373,84

Descripción de Fase Liquido + Vapor Liquido Saturado Vapor recalentado Liquido Comprimido

T (F) 300 29,01 500 400

P (PSIa) 67,03 40 120 400

U (Btu/lbm) 782 20,11 172,8 720,4

Descripción de Fase Saturado Liquido Saturado Vapor Recalentado Vapor recalentado

3-76 Un globo esférico de 9 m de diámetro se llena con helio a 27C y 200kPa. Determine la cantidad de moles y la masa del helio en el globo. Datos: D=9m Globo

Gas helio

𝑽= Termodinámica

T=27C

P=200kPa

𝟒 𝟑 𝟒 𝟗 𝟑 𝝅𝒓 = 𝝅 ( ) = 𝟑𝟖𝟏, 𝟕𝒎𝟑 𝟑 𝟑 𝟐

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𝑻 = ℃ + 𝟐𝟕𝟑, 𝟏𝟓 = 𝟐𝟕℃ + 𝟐𝟕𝟑, 𝟏𝟓 = 𝟑𝟎𝟎, 𝟏𝟓𝑲 𝑹𝑼 = 𝟖, 𝟑𝟏𝟒 𝑲𝑱⁄𝑲𝒎𝒐𝒍𝑲 (𝑻𝒂𝒃𝒍𝒂) 𝑷 ∗ 𝑽 = 𝒏 ∗ 𝑹𝑼 ∗ 𝑻 𝑷∗𝑽 (𝟐𝟎𝟎𝒌𝑷𝒂)(𝟑𝟖𝟏, 𝟕𝒎𝟑 ) 𝒏= = = 𝟑𝟎, 𝟓𝟗𝒌𝒎𝒐𝒍 𝑹𝑼 ∗ 𝑻 (𝟖, 𝟑𝟏𝟒 𝑲𝑱⁄ )(𝟑𝟎𝟎, 𝟏𝟓  𝑲) 𝑲𝒎𝒐𝒍𝑲 𝒎 𝒏= 𝑴 𝒌𝒈⁄ 𝑴 = 𝟒, 𝟎𝟎𝟑 𝒌𝒎𝒐𝒍 (𝑻𝒂𝒃𝒍𝒂) 𝒌𝒈 𝒎 = 𝒏 ∗ 𝑴 = (𝟑𝟎, 𝟓𝟗𝒌𝒎𝒐𝒍) (𝟒, 𝟎𝟎𝟑 ⁄𝒌𝒎𝒐𝒍) = 𝟏𝟐𝟐, 𝟒𝟓𝒌𝒈 3-77 Regrese al problema 3-76. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto del diámetro del globo sobre la masa de helio que contiene, para las presiones de: a) 100kPa

Termodinámica

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b) 200kPa

Haga variar el diámetro de 5m a 15m. Trace la gráfica de masa de helio en función del diámetro, para ambos casos

Termodinámica

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3-82 0,6 kg de Argón llenan un dispositivo de cilindro-embolo a 550kPa. Se mueven el embolo cambiando sus cargas, hasta que el volumen es el doble de su magnitud inicial. Durante este proceso, la temperatura del Argón se mantiene constante. Calcule la presión final en el dispositivo. Datos m=0,6kg de Argón P1=550kPa V2=2V1 T=cte. P2=? 𝑲𝑱 𝑹𝑼 = 𝟖, 𝟑𝟏𝟒 ⁄𝑲𝒎𝒐𝒍𝑲 (𝑻𝒂𝒃𝒍𝒂) 𝑴 = 𝟑𝟗, 𝟗𝟒𝟖𝒌𝒈 ∗ 𝒌𝒎𝒐𝒍(𝑻𝒂𝒃𝒍𝒂) 𝑲𝑱 𝑹𝒖 𝟖, 𝟑𝟏𝟒 ⁄𝑲𝒎𝒐𝒍𝑲 𝑹= = = 𝟎, 𝟐𝟎𝟖𝟏 𝑲𝑱⁄𝒌𝒈𝑲 𝑴 𝟑𝟗, 𝟗𝟒𝟖𝒌𝒈 ∗ 𝒌𝒎𝒐𝒍 𝑻 = 𝟏𝟓𝟏𝑲(𝑻𝒂𝒃𝒍𝒂) 𝑷∗𝑽=𝒎∗𝑹∗𝑻 𝑲𝑱 𝒎 ∗ 𝑹 ∗ 𝑻 (𝟎, 𝟔𝒌𝒈)(𝟎, 𝟐𝟎𝟖𝟏 ⁄𝒌𝒈𝑲)(𝟏𝟓𝟏𝑲) 𝑽𝟏 = = = 𝟎, 𝟎𝟑𝟒𝒎𝟑 𝑷 (𝟓𝟓𝟎𝒌𝑷𝒂) 𝑷𝟏 ∗ 𝑽𝟏 = 𝑷𝟐 ∗ 𝑽𝟐 𝑷𝟏 ∗ 𝑽𝟏 (𝟓𝟓𝟎𝒌𝑷𝒂)(𝟎, 𝟎𝟑𝟒𝒎𝟑 ) (𝟓𝟓𝟎𝒌𝑷𝒂)(𝟎, 𝟎𝟑𝟒𝒎𝟑 ) 𝑷𝟐 = = = = 𝟐𝟕𝟓𝒌𝑷𝒂 𝑽𝟐 𝟐𝑽𝟏 𝟐(𝟎, 𝟎𝟑𝟒𝒎𝟑 ) 3-90 Calcule el volumen especifico de vapor de agua sobrecalentado a 3,5MPa y 450 C, de acuerdo con a) La ecuación del gas ideal b) La carta de comprensibilidad generalizada c) Las tablas de vapor Determine el error que comete en los dos primeros casos Datos: P=3,5MPa=3500kPa T=450 C 𝑻 = ℃ + 𝟐𝟕𝟑, 𝟏𝟓 = 𝟒𝟓𝟎℃ + 𝟐𝟕𝟑, 𝟏𝟓 = 𝟕𝟐𝟑, 𝟏𝟓𝑲 𝑹 = 𝟎, 𝟒𝟔𝟏𝟓 𝑲𝑱⁄𝒌𝒈𝑲 (𝑻𝒂𝒃𝒍𝒂) 𝑷∗𝑽=𝑹∗𝑻 𝑲𝑱 𝑹 ∗ 𝑻 (𝟎, 𝟒𝟔𝟏𝟓 ⁄𝒌𝒈𝑲)(𝟒𝟓𝟎𝑲) 𝟑 𝑽𝟏 = = = 𝟎, 𝟎𝟗𝟓𝟑 𝒎 ⁄𝒌𝒈 𝑷 (𝟑𝟓𝟎𝟎𝒌𝑷𝒂) 𝑻𝒄 = 𝟔𝟒𝟕, 𝟏𝑲(𝑻𝒂𝒃𝒍𝒂) 𝑻 𝟕𝟐𝟑, 𝟏𝟓𝑲 𝑻𝒓 = = = 𝟏, 𝟏𝟏𝟕 𝑻𝒄 𝟔𝟒𝟕, 𝟏𝑲 𝑷𝒄 = 𝟐𝟐, 𝟎𝟔𝑴𝑷𝒂(𝑻𝒂𝒃𝒍𝒂) 𝑷 𝟑, 𝟓𝑴𝑷𝒂 𝑷𝒓 = = = 𝟎, 𝟏𝟓𝟖 𝑷𝒄 𝟐𝟐, 𝟎𝟔𝑴𝑷𝒂 𝑽𝒓𝒆𝒂𝒍 𝒁= 𝑽𝒊𝒅𝒆𝒂𝒍 𝟑

𝟑

𝑽𝒓𝒆𝒂𝒍 = 𝒁 ∗ 𝑽𝒊𝒅𝒆𝒂𝒍 = (𝟎, 𝟗𝟓𝟗) (𝟎, 𝟎𝟗𝟓𝟑 𝒎 ⁄𝒌𝒈) = 𝟎, 𝟎𝟗𝟏𝟑𝟗 𝒎 ⁄𝒌𝒈 3-113 Un recipiente rígido contiene gas nitrógeno a 227C y 100kPa manométricos. El gas se calienta hasta que la presión manométrica es 250 kPa. Si la presión atmosférica es 100kPa, determine la temperatura final del gas en C Termodinámica

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Datos: Recipiente rígido Nitrógeno T1=227C Manométrica1=100kPa Manométrica2=250kPa PAtmosferica=100kPa T2=? 𝑷𝒂𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒂𝟏 = 𝑷𝒎𝒂𝒏𝒐𝒎𝒆𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂𝟏 + 𝑷𝑨𝒕𝒎𝒐𝒔𝒇𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂 = 𝟏𝟎𝟎𝒌𝑷𝒂 + 𝟏𝟎𝟎𝒌𝑷𝒂 = 𝟐𝟎𝟎𝒌𝑷𝒂 𝑷𝒂𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒂𝟐 = 𝑷𝒎𝒂𝒏𝒐𝒎𝒆𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂𝟐 + 𝑷𝑨𝒕𝒎𝒐𝒔𝒇𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂 = 𝟐𝟓𝟎𝒌𝑷𝒂 + 𝟏𝟎𝟎𝒌𝑷𝒂 = 𝟑𝟓𝟎𝒌𝑷𝒂 𝑷𝟏 𝑷𝟐 = 𝑻𝟏 𝑻𝟐 𝑷𝟐 ∗ 𝑻𝟏 (𝟑𝟓𝟎𝒌𝑷𝒂)(𝟓𝟎𝟎, 𝟏𝟓) 𝑻𝟐 = = = 𝟖𝟕𝟓, 𝟐𝟔𝑲 = 𝟔𝟎𝟐, 𝟏𝟏℃ 𝑷𝟏 𝟐𝟎𝟎𝒌𝑷𝒂 3-116 La combustión en un motor diésel se puede aproximar a un proceso de suministro de calor a presión constante, con aire en el cilindro antes y después de la combustión. Imagine un motor diésel con las condiciones de 950K y 75cm3 antes de la combustión, y 150cm3 después. El motor trabaja con una relación aire-combustible (la masa de aire divida entre la masa de combustible) 22 kg de aire/kg de combustible. Determine la temperatura después del proceso de combustión.

Datos: Motor diésel

T1=950K

V1=75cm3

V2=150cm3

maire=22kg

T2=?

𝑻𝟏 𝑻𝟐 = 𝑽𝟏 𝑽 𝟐 𝑽𝟐 ∗ 𝑻𝟏 (𝟏𝟓𝟎𝒄𝒎𝟑 )(𝟗𝟓𝟎𝑲) 𝑻𝟐 = = = 𝟏𝟗𝟎𝟎𝑲 𝑽𝟏 𝟕𝟓𝒄𝒎𝟑

3-125 Un recipiente rígido de 0.5 m3 contiene hidrógeno a 20 °C y 400 kPa; se conecta con una válvula a otro recipiente rígido de 0.5 m3 que contiene hidrógeno a 50 °C y 150 kPa. Se abre la llave y se deja que el sistema llegue al equilibrio térmico con sus alrededores, que están a 15 °C. Determine la presión final en el recipiente. Termodinámica

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R = 4,1240 KJ /Kg. °K DATOS Recipiente Cerrado

P1.V1 = m1.R1 T1 400 KPa (0,5m3)= m1 (4,1240 KJ /Kg. °K)*(293,15°K)

3

V = 0,5 m Cte H1 -

T = 20°C =293,15°K P1= 400KPa

H2-

m1.= 0,165 Kg mT= m1.+ m2 mT=0,2212 Kg

T=50°C = 323,15 °K P2= 150 kPa

Pv = mT . R.T 𝟎,𝟐𝟐𝟏𝟐 𝒌𝒈∗𝟒,𝟏𝟐𝟒𝟎 𝑲´𝑷𝒂.𝒎𝟑𝑲𝒈.°𝑲∗𝟐𝟖𝟖,𝟏𝟓°𝑲 𝟏 𝒎𝟑

T = 15°C + 273,15 = 288,15 °K

P=

VT = V1 + V2

P = 262,85 KPa

VT = 1m

3

P2.V2 = m2.R T2 150 KPa (0,5m3)= m2 (4,1240 KJ /Kg. °K)*(323,15°K) m2 = 0,0562 Kg 3.126 Regrese al problema 3-125. Use el programa ESS (u otro) para investigar el efecto de la temperatura de los alrededores sobre la presión de equilibrio final en los recipientes. Suponga que la temperatura de los alrededores varia de -10 a 30C. Trace la gráfica de la presión final en los recipientes en función de la temperatura de los alrededores y describa los resultados.

Termodinámica

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