• Author / Uploaded
• Ängie Paola

• Categories
• Calor
• Pistón
• Presión
• Agua
• Gases

Citation preview

EJERCICIOS DE TERMODINÁMICA (Primera Ley Sistemas Cerrados) 1. Un sistema cerrado se somete a un proceso en el que no hay cambio de energía interna. Durante ese proceso, el sistema produce 1,1 x 10 6 lb.ft de trabajo. Calcule la transferencia de calor que tuvo lugar. 2. Un recipiente rígido de 10 L contiene inicialmente una mezcla de agua líquida y vapor a 100 °C con calidad de 12,3 por ciento. Luego se calienta la mezcla hasta que su temperatura es de 150 °C. Calcule la transferencia de calor necesaria para este proceso y elabore un diagrama P-v ó T-v del mismo. 3. Se calienta 1 kg de oxígeno, de 20 a 120 °C. Calcule la transferencia de calor que se requiere cuando eso se hace en un proceso: a) Isocórico b) Isobárico 4. Se va a calentar un recinto de 4 m x 5 m x 6 m con un calentador eléctrico colocado sobre un rodapié. Se desea que ese calentador pueda elevar la temperatura del recinto de 5 a 25 °C en 11 min. Suponiendo que no hay pérdidas de calor del recinto, y que la presión atmosférica es 100 kPa, calcule la potencia requerida en el calentador. 5. Si alguna vez ud ha abofeteado a alguien o ha sido abofeteado, probablemente recuerde la sensación de quemadura. Imagine que ha tenido la desgracia de que una persona enojada lo abofetee, haciendo que la temperatura de su cara se eleve en 2,4 °C. Suponiendo que la mano que lo golpeó tiene una masa de 0,9 kg y que alrededor de 0,15 kg de tejido de la cara y de la mano se afecta por el incidente, estime la velocidad de la mano un instante antes del impacto. Tome el calor específico del tejido como 3,8 kJ/kg.K. 6. Un dispositivo cilindro – émbolo sin fricción y un recipiente rígido contienen 12 kg de un gas ideal, cada uno, a la misma temperatura, presión y volumen. Se desea elevar 15 °C las temperaturas de ambos sistemas. Determine la cantidad de calor adicional, en comparación con el recipiente rígido, que se debe suministrar al gas en el cilindro, que se mantiene a presión constante, para lograr ese resultado. Suponga que la masa molar del gas es 25. 7. El dispositivo de cilindro – émbolo tiene un resorte encima del émbolo y contiene 1 ft 3 de aire. La constante del resorte es 5 lbf/in y el diámetro del émbolo es 10 in. Cuando el resorte no ejerce ninguna fuerza sobre el pistón, el estado del aire es 250 psia y 460 °F. Este dispositivo se enfría hasta que el volumen es la mitad del original. Determine el cambio de energía interna y la entalpía específicas del aire. 8. Durante un día de campo, en un cálido día de verano, todas las bebidas refrescantes desaparecieron con rapidez, y las únicas disponibles estaban al tiempo a temperatura ambiente de 85 °F. Para tratar de enfriar una lata de 12 onzas de bebida, una persona la toma y comienza a agitarla en el agua helada de la caja, a 32 °F. Suponiendo que la bebida es agua determine la masa de hielo que se fundirá para cuando la bebida se enfríe a 37 °F. 9. Una casa con calentamiento solar pasivo, pierde calor al ambiente, a una tasa promedio de 50 000 kJ/h y se mantiene siempre a 22 °C durante una noche invernal, durante 10 h. La casa se va a calentar con 50 recipientes de vidrio, y cada uno de ellos contiene 20 L de agua que se calienta durante el día hasta 80 °C absorbiendo energía solar. Hay un calentador eléctrico de respaldo, controlado por termostato, de 15 kW, que se enciende cuando es necesario para mantener la casa a 22 °C. a) ¿Cuánto tiempo trabaja el sistema eléctrico esa noche?

b) ¿Cuánto tiempo trabajaría el calentador eléctrico esa noche si la casa no tuviera calentamiento solar? 10.Los primeros motores de vapor eran impulsados por la presión atmosférica que actuaba sobre un émbolo ajustado dentro de un cilindro repleto de vapor saturado. Considere un dispositivo cilindro-émbolo, que contiene 0,05 m 3 de vapor de agua saturado a la presión atmosférica de 100 kPa y cuyo émbolo tiene un área superficial 0,1 m 2. Se vierte agua fría en la superficie exterior del cilindro y el vapor del interior comienza a condensarse como consecuencia de la transferencia de calor hacia el agua fría del exterior. Si el émbolo está atorado en su posición inicial, determine la fuerza de fricción sobre el émbolo y la cantidad de calor transferido cuando la temperatura dentro del cilindro desciende a 30 °C.