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Termodinámica y Máquinas Termicas

Guia de ejercicios propuestos – Sustancias puras Para todos los ejercicios se recomienda realizar un esquema del sistema analizado, y mostrar los estados y procesos en un diagrama P-v o T-v. 1) Un recipiente rigido de contiene vapor a liquida y el resto en forma de vapor. Determine:

. Un tercio del volumen esta en fase

a) La presión del vapor b) La calidad de la mezcla saturada c) La densidad de la mezcla Respuesta: a) 2320 kPa; b) 0,0269; c) 287,8 kg/ 2) Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.85 kg de refrigerante 134a a -10 ºC. El émbolo, que posee libertad de movimiento, tiene una masa de 12 kg y un diámetro de 25 cm. La presión atmosférica local es de 88 kPa. Si se transfiere calor al refrigerante 134a hasta que la temperatura sea de 15 ºC, determine: a) La presión final b) El cambio en el volumen del cilindro c) El cambio en la entalpía del refrigerante.

Respuesta: a) 90,4 kPa, b) 0,0205

; c)17,4 kJ/kg

3) Una persona hierve comida en una olla de 30 cm de diámetro la cual está cubierta con una tapa ajustada, después deja enfriar la comida a la temperatura ambiente de 20 ºC. La masa total del alimento y de la olla es de 8 kg. Ahora la persona trata de abrir la olla levantando la tapa. Si se supone que no entró aire a la olla durante el enfriamiento, determine si la tapa se retira de la olla o se levanta junto a ella. Respuesta: La olla se mueve al intentar levantar la tapa.

Capitulo 3: Sustancias Puras

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Termodinámica y Máquinas Termicas 4) Un kilogramo de vapor de agua, a 200 kPa llena el compartimiento izquierdo de 1,1989 de volumen de un sistema divido, como se muestra en la figura. El volumen de la cámara derecha es el doble que el de la izquierda, y al principio ha sido evacuada. Determine la presión del agua cuando se haya eliminado la división, y se haya transferido el calor necesario para que la temperatura del agua sea 3 ºC.

Respuesta: 0,768 kPa 5) Se hierve agua a nivel del mar en una olla de acero inoxidable de 30 cm de diámetro colocada sobre una parrilla eléctrica de 3 kW. Si 60 por ciento del calor generado por la parrilla se transfiere al agua durante la ebullición, determine la tasa de evaporación del agua

Respuesta: 2,872 kg/h 6) Un recipiente rígido contiene al principio 1.4 kg de agua líquida saturada a 200 ºC. En este estado, el agua ocupa 25% del volumen y el aire el resto. Se suministra calor al agua hasta que el recipiente contiene solo vapor saturado. Determine: a) El volumen del recipiente b) La temperatura y presión finales c) El cambio de energía interna del agua

Capitulo 3: Sustancias Puras

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Respuesta: a) 0,006476

; b) 371,3 ºC; 21,367 kPa c) 1892 kJ

7) Un dispositivo que consta de cilindro-émbolo al inicio contiene vapor a 3.5 MPa, sobrecalentado en 5 ºC. El vapor pierde calor hacia el entorno y el embolo desciende hasta chocar con unos topes, punto en el que el cilindro contiene agua líquida saturada. El enfriamiento continúa hasta que el cilindro contiene agua a 200 ºC. Determine: a) La temperatura inicial b) El cambio de entalpia por unidad de masa del vapor en el momento en que el émbolo llega a los topes c) La presión final y la calidad (si hay mezcla)

Respuesta: a) 247,6 ºC ; b) -1771 kJ/kg ; c) 1555 kPa; 0,0006

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Termodinámica y Máquinas Termicas 8) El dispositivo de cilindro émbolo con carga de resorte mostrado en la figura, está lleno con 0,5 kg de vapor de agua, inicialmente a 4 MPa y 400 ºC. Al principio el resorte no ejerce fuerza sobre el émbolo. La constante de resorte en la ecuación F=K.x es k=0,8 kN/cm y el diámetro del émbolo es D=20 cm. Entonces el agua sufre un proceso hasta que su volumen es la mitad de su volumen original. Calcule la temperatura final y la entalpía específica.

Respuesta: 220 ºC ; 1720,9 kJ

9) Un recipiente rígido de 0.3 contiene, al principio, vapor húmedo de agua a 150 ºC. Entonces se calienta el agua hasta que llega al estado de punto crítico. Calcule la masa del agua liquida y el volumen que ocupa el líquido en el estado inicial. Respuesta: 96,1 kg ; 0.105

10) Se enfría, a volumen constante, una masa de vapor de agua inicialmente a 3,0 MPa y 400 ºC (estado 1) hasta una temperatura de 200 ºC (estado 2). Después se extrae calor del agua a temperatura constante hasta que se alcanza el estado de líquido saturado (estado 3). Determine: a) la presión final b) la calidad al final del proceso a volumen constante, c) la variación total del volumen específico d) la variación de la energía interna específica, en kJ/kg, entre los estados 2 y 3. e) Muestre el proceso en un diagrama P-v. Respuesta: a) 1554,9 kPa; b) 78% ; c) 0,098223

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/kg d) 1358,27 kJ/kg

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Termodinámica y Máquinas Termicas 11) Gas dióxido de carbono a 3 MPa Y 500 K entra a una tubería a una tasa de 2 kg/s. El dióxido de carbono se enfría a presión constante a medida que fluye por la tubería, por lo que la temperatura desciende a 400 K en la salida. Determine el flujo volumétrico y la densidad del dióxido de carbono en la entrada del tubo y el flujo volumétrico en la salida del tubo con: a) La ecuación del gas ideal b) La grafica de compresibilidad generalizada. c) Determine el error en cada caso.

Respuesta: a) 0,06297 /kg ; 31,76 kg/ b) 0,06165 /kg ; 32,44 kg/ c) 2,1% ; 2,1% ; 3,6%

Capitulo 3: Sustancias Puras

; 0.05667 ; 0,05472

/kg /kg

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