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EJERCICIOS CALOR Y TRABAJO EN SISTEMAS CERRADOS

1.) Inicialmente, un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.15 kg de aire a 2 MPa y 350°C. El aire se expande primero isotérmicamente hasta 500 kPa, luego se comprime politrópicamente con un exponente politrópico de 1.2 hasta la presión inicial y, por último, se comprime a presión constante hasta el estado inicial. NOTA: (+) Si sale del sistema, (-) Si entra al sistema, (sistema) cilindro: a.) -4,65 kJ b.) -54,32 kJ c.) 4,65 kJ d.) 54,32 kJ

2.) Un recipiente aislado está dividido en dos partes por una separación. Una parte del recipiente contiene 2.5 kg de agua líquida comprimida a 60°C y 600 kPa mientras que la otra se encuentra al vacío. Se quita la separación y el agua se expande para llenar todo el recipiente. Determine la temperatura final del agua: a.) 35,42 °C b.) 45,81 °C c.) 53,67 °C d.) 61,08 °C

3.) Un radiador eléctrico de 30 L que contiene aceite de calefacción se coloca en una habitación de 50 m3. Tanto la habitación como el aceite en el radiador están inicialmente a 10°C. Después se enciende el radiador con una capacidad nominal de 1.8 kW y al mismo tiempo se pierde calor desde la habitación a una tasa promedio de 0.35 kJ/s. Después de cierto tiempo, la temperatura promedio se mide en 20°C para el aire de la habitación y en 50°C para el aceite en el radiador. Si se toma la densidad y el calor específico del aceite como 950 kg/m3 y 2.2 kJ/kg · °C, respectivamente, determine cuánto tiempo se ha mantenido encendido el calentador. Suponga que la habitación está bien sellada y no tiene fugas. a.) 12 min b.) 24 min c.) 34 min d.) 46 min

4.) Dos recipientes (A y B) están separados mediante una división. Al inicio el recipiente A contiene 2 kg de vapor a 1 MPa y 300°C mientras que el recipiente B contiene 3 kg de mezcla saturada líquido-vapor con una fracción masa del vapor de 50 por ciento. Se retira la división y se permite que los dos lados se mezclen hasta que se establece el equilibrio mecánico y térmico. Si la presión en el estado final es 300 kPa, la cantidad de calor perdido desde los recipientes. a.) -820 kJ b.) 98 kJ c.) 674 kJ d.) 3959 kJ

5.) Una habitación se calienta mediante un calentador de resistencia colocado en la base de una pared. Cuando las pérdidas de calor de la habitación en un día de invierno equivalen a 6 500 kJ/h, la temperatura del aire en la habitación permanece constante aun cuando el calentador opera en forma continua. Determine la capacidad nominal del calentador, en kW. a.) 0,42 kW b.) 1,82 kW c.) 3,98 kW d.) 9,30 kW

6.) Un reactor lleno con agua, con volumen de 1m3 está a 20 MPa y 360°C dentro de un contenedor como se muestra en la figura. La habitación está bien aislada e inicialmente evacuada. Debido a una falla, el reactor se rompe y llena con agua el contenedor. Encuentre el volumen mínimo de la habitación para que la presión final no exceda los 200K KPa. a.) 122,03 m3 b.) 207,81 m3 c.) 240,04 m3 d.) 287,7 m3

6.) Un tanque rígido divide a 2 habitaciones por una membrana, ambas contienen agua como se muestra en la figura. La habitación A está a 200 KPa, v=0,5m3/kg, VA=1m3, y la habitación B contiene 3,5 kg a 0,5MPa, 400°C. La membrana ahora se rompe y la transferiencia de calor se da hasta que el agua llega a una temperatura constante de 100°C. Encuentre la transferencia de calor durante el proceso: a.) 3409 kJ b.) 6101 kJ c.) 7421 kJ d.) 12872 kJ

7.) 10 kg de agua en un cilindro/pistón existe agua saturada a 100kPa, con una calidad del 50%. Ahora es calentado hasta que el volumen sea el triple. La masa del visto es tal que el cilindro tiene una presión de 200kPa donde flotara. Encuentre la transferencia de calor en este proceso: a.) 856 kJ b.) 3048 kJ c.) 25961 kJ d.) 123960 kJ

8.) Dos tanques están conectados por una tubería y una válvula como se muestra en la figura. Los volúmenes ambos son de 1m3 con R-134ª a 20°C, x=50% en A y el tanque B esta evacuado. La válvula es abierta y el vapor saturado fluye de A a B, hasta que se equilibren las presiones. El proceso ocurre lentamente tal que la temperatura del proceso es de 20°C. Encuentre la transferencia total de calor de R-134ª en el proceso: A.) 4603 kJ B.) 5102 kJ C.) 5676 kJ D.) 8008 Kj

9.) Un dispositivo sin fricción que consta de cilindro-émbolo contiene inicialmente aire a 200 kPa y 0.2 m3.En este estado, un resorte lineal (F proporcional x) toca al émbolo pero no ejerce fuerza sobre él. El aire se calienta hasta un estado final de 0.5 m3 y 800 kPa. Determine el trabajo hecho sobre el resorte. a.) 50 kJ b.) 90 kJ c.) 130 kJ d.) 170 kJ

10.) Se contiene refrigerante R-12 en un sistema cilindro-embolo a una presión de 12MPa, 150°C con un pistón de masa despreciable trancado con unos pines, con un volumen en este punto de 0,5m3. El lado de arriba del pistón está conectado a una línea de aire a 10°C, 450kPa, como se muestra en la figura. El sistema se enfría hasta 10°C. Encuentre la transferencia de calor: a.) 6042 kJ b.) 8395 kJ c.) 60420 kJ d.) 83950 kJ