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• Edgar Conde

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UMSA – INGENIERÍA - FISICOQUÍMICA

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA – CURSO BÁSICO – SEMESTRE 1/2018 FISICOQUÍMICA (QMC – 206) – GRUPO C DOCENTE: ING. ARMENIO SILVA MANZANEDA AUXILIAR: UNIV. AGUSTIN MAMANI SINKA

PRÁCTICA SEGUNDO PARCIAL – PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA Problema 1: Calcule ΔU y ΔH para 1 Kg de agua cuando este se evapora a una temperatura y presión constantes de 100ºC y 101,33 KPa, respectivamente. Los volúmenes específicos del líquido y el vapor de agua en estas condiciones son 0,00104 y 1,673 m3/kg. Para este cambio se añade al agua una cantidad de calor igual a 2256,9 KJ. RESP: ΔH=2256,9 KJ; ΔU=2087,38 KJ 1,1

Problema 2: El calor especifico de cierto gas es 𝐶𝑝 = 0,3 + 𝑇+129 La masa es 0,191 Kg, T1=37,7ºC, V1=0,28 m3 y P1=1,033 Kg/cm2 después de un proceso no fluente a presión constante se expande hasta V2=0,382 m3 y 149ºC, determinar el trabajo, el cambio de entalpía específica y el cambio de energía interna. RESP: ΔH=6,425 cal; ΔU=-2735,21 cal; W=2471,634 cal Problema 3: Se bombea agua a 200ºF de un tanque de almacenamiento con una rapidez de 50 gal/min. El motor de la bomba proporciona trabajo a razón de 2 HP. El agua pasa por un intercambiador de calor, entregando calor a razón de 40000 BTU/min, para después ser depositada en un segundo tanque que se encuentra a una altura de 50 metros. Por encima del primer tanque ¿Cuál es la temperatura del agua depositada en el segundo tanque? RESP: T=104,1ºF Problema 4: Se añade a un sistema cerrado una cantidad de calor igual a 7,5 KJ, al mismo tiempo que su energía interna disminuye en 12KJ. ¿Cuánta energía se transfiere como trabajo? ¿Cuánto calor se transfiere para un proceso que provoca el mismo cambio pero donde el trabajo es cero? RESP: W=19,5 KJ; Q=12 KJ Problema 5: Un bloque de acero fundido con un peso de 2 Kg. Tiene una temperatura inicial de 500ºC. En un tanque de acero perfectamente aislado con un peso de 5 Kg, están contenidos 40 Kg de agua cuya temperatura inicial es de 25ºC, el bloque se sumerge en el agua y se permite al sistema que llegue al equilibrio. ¿Cuál es la temperatura final de este? NOTA: Ignore cualquier efecto de expansión o contracción y suponga que los calores específicos son: 4,180 KJ/Kg*K para el agua y 0,50 KJ/Kg*K para el acero. RESP: T=27,78ºC

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Problema 6: Si 𝑑𝐻 = 𝐶𝑝 ∗ 𝑑𝑇 + [⊽ −𝑇 ( ) ] 𝑑𝑃 Calcular la temperatura final después de una 𝜕𝑇 𝑃

expansión de Joule Thompson desde 1200 atm y 300 K hasta 1 atm. Cp=7 cal/mol; ⊽=

𝑅𝑇 𝑃

+ 0,001 ∗ 𝑇 2 (cc/mol)

RESP: T=283,37 K Problema 7: Encuentre la ecuación para el trabajo de compresión isotérmica y reversible de 1 mol 𝑅𝑇

de gas contenido en un conjunto pistón cilindro, si el volumen del gas está dado por: V= 𝑃 + 𝑏 Donde R y b son constantes. RESP: W=RT*Ln(VF-b/VI-b) Problema 8: Un mol de gas ideal monoatómico inicialmente a 2 atm y 11,2 litros se pasa a la presión final de 3 atm, por un camino reversible definido por una ecuación donde el parámetro PT=constante. Calcular: a) La temperatura inicial en Kelvin; b) El valor del parámetro de la ecuación y c) La temperatura y volumen final. RESP: T=273,17 K

PT=546,34 atm TF=182,1 K; VF=4,98 L

Problema 9: 800 gramos de hielo puro y molido inicialmente a 0ºC se agitan mecánicamente suministrándose al mismo tiempo 50 Kcal, como resultado se observa que el hielo se derrite y todo el líquido se evapora ¿Qué cantidad de trabajo ha realizado el agitador? suponer que no existen otras perdidas de calor. ΔHFUS=80 cal/g, ΔHVAP=540 cal/g, ρHIELO=0,9 g/cc, ρvapor=6*10-4 g/cc RESP: W=526,0 Kcal Problema 10: En un quemador enfriado por agua a presión constante, se quema acetileno (C2H2) a 1atm. Se suministra un exceso del doble de la cantidad estequiometrica de aire. Los reactivos ingresan a 40ºC, los productos no deberían salir a más de 90ºC. El agua de enfriamiento entra a 15ºC y sale a 80ºC y tiene un flujo de 5,5 Kg/min. ¿Cuál es la cantidad de aire alimentado al quemador? Los productos solo contienen CO2, H2O, O2 y N2. C2H2 CO2 H2O O2 N2 ΔH (Kcal/mol) 54,158 -94,052 -57,798 Cp (cal/mol*K) 11,7 9,4 8,25 6,9 7,25 RESP: n=29,22 mol de Aire/min Problema 11: En un recipiente aislado de capacidad calorífica equivalente a 10 gramos de agua se ponen en contacto cantidades iguales de vapor de agua (100ºC, 1Kg) y hielo (0ºC, 1Kg) ΔHVAP=9717 cal/mol, ΔHfusión=1430 cal/mol, Cphielo=9 cal/mol*K, Cpvapor=7,9 cal/mol*K, Cpliq=18 cal/mol*K. Indicar cuál es la temperatura de equilibrio. RESP: T=100ºC; mcond=334,3 gramos

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Problema 12: En un día de invierno el aula del sótano de nuestra facultad, que no se ha usado bastante tiempo se encuentra a 0ºC, en dicha aula se realizara una disertación por tanto el aula deberá calentarse hasta 27ºC ¿Cuántos calentadores portátiles de 1,5 Kw que operen las 24 horas serán necesarios para lograr este cometido? Las dimensiones del aula son 30m*40m*10m 𝐶𝑝 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 28,09 + 0,1965 ∗ 10−2 𝑇 + 0,4799 ∗ 10−5 𝑇 2 − 1,965 ∗ 10−9 𝑇 3 (J/mol*K). Se debe asumir que durante el calentamiento la presión (P=500 mmHg) permanece constante pues el aula no está herméticamente cerrada. El 5% del calor total suministrado por los calentadores se disipan para calentar las paredes y el techo y demás mobiliarios del aula. RESP: 3 calentadores; 2 calentadores operando 24 horas y 1 calentador operando 3,263 horas. Problema 13: Considérese un aula de aproximadamente 5m*10m*3m. En principio a 20ºC y 1 atm de presión. Hay 50 personas en el aula, cada una cediendo energía al salón a una tasa promedio de 150 W. Supóngase que las paredes, el techo, el piso y los muebles son aislantes perfectos y no absorben calor. ¿Cuánto durará el examen de fisicoquímica si el docente ha aceptado el disparate de terminarlo cuando la temperatura del aire en el salón alcance la temperatura del cuerpo (37ºC)? Para el aire Cp=3,5R. La pérdida de aire hacia el exterior con el aumento de temperatura puede despreciarse. RESP: t=6,9 min Problema 14: Un mol de helio inicialmente a 20ºC encerrado en un cilindro de paredes rígidas y adiabáticas se calienta por la acción de un eje con paletas. ¿Cuál será la temperatura después de que las paletas aportan una energía de 377 J? RESP: T=50ºC Problema 15: Una rueda de automóvil contiene aire a una presión total de 320 KPa y 20ºC. Se retira la válvula y se permite que el aire se expanda adiabáticamente contra una presión externa constante de 100 KPa, hasta que la presión dentro y fuera de la rueda sea la misma. La capacidad calorífica molar del aire es Cp=2,5R. El aire puede considerarse como gas ideal. Calcúlense: a) La temperatura final de la rueda b)Q c)W d)ΔU e)ΔH. RESP: T=235 K Q=0

ΔU=-1,21 KJ/mol W=1,21 KJ/mol ΔH=-1,69 KJ/mol

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