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• Anthony Steeven

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EJERCICIOS PARA EXAMEN

TERMODINAMICA

1.- Un kg de agua contenido en un cilindro a 300 kPa y 90°C, se calienta isobáricamente a 200°C. Luego, el pistón se mantiene estacionario mientras se enfría el vapor a volumen constante hasta 50 kPa. Después se calienta nuevamente, a presión constante (liberando de nuevo el pistón), hasta alcanzar 300°C. Calcule el calor neto, la calidad al final del proceso de enfriamiento y el volumen final cuando alcanza 300°C. 2.- Un sistema compuesto por un dispositivo cilindro-embolo contiene 2.5 kg vapor de agua a 300°C y 1 MPa. El vapor se enfría a presión constante hasta que se condensa la mitad de la masa. Muestre el proceso en un campo T-v, y encuentre: a) el calor neto; b) la temperatura final; c) el cambio de volumen. 3.- Un dispositivo cilindro-embolo contiene 2.0 L de agua líquida saturada a una presión constante de 200 kPa. El agua es agitada con una rueda de paletas mientras fluye una corriente (i) con un potencial de 110 V durante 30 minutos por una resistencia colocada en el agua. Si el 75% del líquido se evapora durante este proceso y el trabajo de flecha equivale a 1000 kJ, determine: a) la corriente de la fuente, b) muestre el proceso en el campo T – v respecto a las líneas de saturación.

4.- Un vapor a una presión de 1.1 bar y 0.95 de calidad se pasa a un deposito que contiene 90 kg de agua a 25°C. La masa del depósito es 12.5 kg y el calor especifico del metal del depósito es de 0.42 kJ/kg K. Si la temperatura del agua aumenta a 40°C después del paso del vapor, determine la masa de vapor condensado. Ignore la radiación y otras perdidas. 5.- Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 2 kg de refrigerante R-134a a -10°C. El embolo que puede moverse libremente tiene una masa de 10 kg y un diámetro de 10 cm. La presión atmosférica en el sitio es de 100 kPa. Si se transfiere calor al refrigerante R-134a hasta que la temperatura sea de 20°C, determine: a) La presión final b) El cambio en el volumen del cilindro; c) El calor neto suministrado al refrigerante R-134a. 6.- Dos kg de vapor de agua a 1 MPa y 0.7 de calidad, se calientan en un cilindro a presión constante hasta convertirse en vapor saturado. Luego se fija el pistón y se procede a enfriar isocoricamente hasta una presión de 10 kPa. Calcule el calor neto, la calidad el vapor al final del proceso de enfriamiento y el volumen final. 7.- En un dispositivo de cilindro-embolo están contenidos 2 kg de vapor saturado de refrigerante 134a, a 200 kPa. Se transfieren 250 kJ de calor al refrigerante a presión constante, mientras una fuente de 110 Voltios suministra corriente a una resistencia colocada dentro del cilindro durante 10 minutos. Determine la corriente suministrada para que la temperatura final sea 80°C, calcule el volumen final, y muestre el proceso en un diagrama T-v, con respecto a las líneas de saturación. 8.- En una cámara de mezclado entra una corriente (1) de vapor a presión de 200 kPa y 175 °C, con un flujo másico de 0.5 kg/s, esta se mezcla con una segunda corriente (2) de agua a las condiciones de 0.2 MPa como liquido saturado. Si la mezcla que se desea obtener debe tener una temperatura de 135 °C y una presión de 0.2 MPa, calcule el flujo másico de la corriente (2) y el flujo másico total que sale de la cámara.

9.- Considere el conjunto de pistón y cilindro, mostrado en la figura, en donde un pistón carente de fricción se mueve libremente entre dos conjuntos de topes. Cuando el pistón descansa sobre los topes inferiores, el volumen interior es de 400 L. Cuando el pistón llega a los topes superiores, el volumen es de 1000 L. Inicialmente el cilindro contiene agua a 100 kPa, con calidad 50%. El sistema se calienta hasta que finalmente el agua pasa a ser vapor saturado. Si para moverse contra la presión ambiente exterior, la masa del pistón requiere una presión de 300 kPa, determine: a) La presión final en el cilindro b) La transferencia de calor y el trabajo para el proceso global

10.- Un cilindro provisto con un pistón carente de fricción contiene 2 kg de refrigerante R-134a sobrecalentado en forma de vapor a 1 MPa y 100°C. El cilindro se enfría de modo que el R-134a permanece a presión constante hasta que alcanza una calidad de 0.6. Calcule el calor neto y el cambio de volumen que experimenta el sistema en este proceso. 11.- Un recipiente rígido conteniendo vapor de agua, inicialmente a 20 MPa y 550°C se enfría a una temperatura de 400°C. Determine: a) el volumen específico del vapor en su estado inicial; b) la presión final. Para los cálculos utilice: 1) Las tablas de vapor; 2) La ley de gas ideal; 3) La gráfica de compresibilidad; Además, determine los % de error al utilizar la ley de gases y la gráfica de compresibilidad para el cálculo del volumen específico y para la presión final. Muestre los cambios con los valores de la tabla de vapor debido al proceso en el campo T vs. ɣ 12.- Un recipiente que tiene un volumen de 500 L contiene 3.0 kg de una mezcla de agua liquida y vapor de agua en equilibrio a una presion de 500 kPa. Calcule: a) la masa y el volumen de liquido b) la masa y el volumen de vapor 13.- Se hierve agua en una olla de acero inoxidable a nivel del mar. La olla tiene diametro de 30 cm colocada sobre una parrilla electrica de 5 kW. Si 75% del calor generado por la parrilla se transfiere al agua durante la ebullicion, determine la tasa de evaporación del agua.