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• Berthin Vidal Huaman Sanchez

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FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL INGENIERÍA INDUSTRIAL

Práctica N°1 y Práctica N° 2

ASIGNATURA TERMODINAMICA

DOCENTE HARRY AARON YAPU MALDONADO ESTUDIANTES: GRANDA SUAÑA ABDUL ANDRE DANILO FLORES AGUILAR RONAHALD FRANNK ROJAS RAMIREZ NILTHON ROSINALDO CHITE VILCA AREQUIPA, 2020

PRÁCTICA 1 - INTRODUCCIÓN Y DEFINICIONES BÁSICAS Sección : ………………………………... Asignatura : TERMODINÁMICA Docente :

Apellidos : ……………………………..…………………………. Nombres : …………………………………..……………………. Fecha : …….../…………. /2020

INSTRUCCIONES: Resuelva la práctica de manera responsable

1. Se le solicita a usted hacer el análisis

3. ¿Cómo podría usted definir un sistema para

metabólico (de energía) de una persona.

estudiar el agotamiento de ozono en las

¿Cómo definiría usted el sistema para estos

capas superiores de la atmósfera terrestre?

fines? ¿Qué tipo de sistema es? Cualquier porción de la atmósfera que contiene la Este sistema es una región del espacio o sistema abierto en que la masa como el aire y los alimentos puede cruzar su frontera de control.

El

sistema

también

puede

interactuar con el entorno intercambiando calor y trabajando a través de su límite de control. Mediante el seguimiento de estas

capa de ozono funciona como un sistema abierto para estudiar este problema. Una vez que se selecciona una parte de la atmósfera, hay que resolver el problema práctico de la determinación de las interacciones que se producen en las superficies de control que rodean volumen de control del sistema.

interacciones, podemos determinar las características de conversión de energía de este sistema.

4. ¿Cuál es la diferencia entre propiedades intensivas y extensivas? Que las propiedades intensivas no dependen de la masa del sistema, como temperatura, presión y

2. Está usted tratando de comprender cómo

densidad, mientras que las extensivas sí.

funciona un compresor alternativo (de cilindro-émbolo) de aire. ¿Qué sistema usaría usted? ¿Qué tipo de sistema es? El sistema se toma como el aire contenido

5. ¿El peso de un sistema es una propiedad extensiva o intensiva?

en el dispositivo de pistón-cilindro. Este

Si tuviéramos que dividir el sistema en porciones

sistema es un sistema de masa cerrado o

más pequeñas, el peso de cada porción también

fijo ya que ninguna masa entra o sale de

sería menor. Por lo tanto, el peso es una propiedad

ella.

extensiva

Exigencia académica para grandes cambios.

6. El volumen específico molar de un sistema

Proceso cuasiequilibrio. Es aquel en el que la

V– se define como la relación del volumen

desviación del equilibrio termodinámico es

del sistema con respecto al número de

infinitesimal y todos los estados por los que pasa

moles de una sustancia contenidos en el

el sistema durante un proceso cuasiequilibrio

sistema. ¿Ésta es una propiedad extensiva

pueden considerarse como estados en equilibrio.

o intensiva?

especificar sus estados inicial y final.

Si nos vamos a dividir este sistema en un medio,

muchos procesos de la ingeniería se pueden

tanto el volumen como el número de moles

aproximar como procesos de cuasi-equilibrio. ...

contenidos en cada medio sería uno - mitad de la

Un proceso donde la presión no cambia es un

del sistema original. El volumen específico molar

proceso isobárico y uno donde el volumen no

del sistema original es y el volumen específico

cambia es isocórico.

molar de uno de los sistemas más pequeños es que es la misma que la del sistema original. El volumen específico molar es entonces una propiedad intensiva.

9. Defina los procesos isotérmico, isobárico e isocórico. PROCESO ISOCORICO: (El volumen permanece constante)

7. Para que un sistema esté en equilibrio termodinámico ¿deben ser iguales la presión y la temperatura en todos sus puntos?

Un proceso isocorico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante. ⌂V = 0 Esto implica que el proceso no

equilibrio

realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se

termodinámico, la temperatura tiene que ser el

define como ⌂W = P⌂V, donde P es la presión (el

mismo en todo, pero la presión no lo hace. Sin

trabajo es positivo, ya que es ejercido por el

embargo, no debe haber fuerzas de presión

sistema)

Para

que

un

sistema

esté

en

desequilibrados presentes. La presión aumenta con la profundidad en un fluido, por ejemplo, debe ser equilibrada mediante el aumento de peso.

PROCESO ISOBÁRICO: (La presión permanece constante) es aquel proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En él, el calor transferido a

8.

¿Qué es un proceso de cuasiequilibrio?

presión constante está relacionado con el resto de

¿Cuál es su importancia en ingeniería?

variables.

PROCESO ISOTÉRMICO:

(La

temperatura

permanece constante)

tensión, y otras propiedades pueden ser necesarios en algunos casos. Como el agua se enfría, su presión se mantiene fijo. Este proceso de

Se denomina proceso isotérmico o proceso

enfriamiento es entonces un proceso isobárico.

isotermo al cambio reversible en un sistema termodinámico,

siendo

dicho

cambio

a

12. Al analizar la aceleración de gases al fluir

temperatura constante en todo el sistema. La

por una boquilla, ¿qué elegiría como

compresión o expansión de un gas ideal puede

sistema? ¿Qué tipo de sistema es éste?

llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco calorífico. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta

Al analizar la aceleración de los gases a medida que fluyen a través de una boquilla, la elección adecuada para el sistema es el volumen dentro de la boquilla, delimitada por toda la superficie interior de la boquilla y la entrada y salida secciones transversales. Este es un volumen de control ya que la masa cruza el límite.

permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado

13. ¿Qué es un proceso de flujo estacionario?

por el gas: Q = W. Un proceso se dice que es de flujo estable si 10. ¿Cuál es el postulado de estado?

implica no hay cambios con el tiempo en cualquier

Los estados de equilibrio de un sistema dado,

lugar dentro del sistema o en los límites del

quedan

sistema.

completamente

determinados

al

especificar n + 1 propiedades termodinámicas independientes, donde n es el número de formas

14. Clasifique cada propiedad como extensiva

relevantes de trabajo cuasiestático para el sistema.

(E) o intensiva(e): a) temperatura, b) masa, c) densidad, d) presión e) coeficiente de

11. ¿Cómo describiría usted el estado del agua

dilatación térmica, f) volumen

en una bañera? ¿Cómo describiría usted el

a) EEEEEE

proceso que sufre esta agua al enfriarse?

b) eeeeee c) EeEeEe

La presión y la temperatura del agua se utilizan

d) eEeEeE

normalmente

e) eEeeeE

para

describir

el

estado.

Composición química, superficie coeficiente de

15. ¿Cuántos son sistemas termodinámicos abiertos?

d) FVF e) FFV

I. Café en un termo de alta calidad II. Gasolina en el depósito de un coche en

18. con respecto a estados termodinámicos, se

marcha

puede decir que:

III. Mercurio en un termómetro

. Solo están determinados en sistemas en

IV. Una planta en un invernadero

equilibrio

V. El cuerpo humano.

. Se pueden representar gráficamente solo

a) 1

en sistemas en equilibrio termodinámico.

b) 2

. Se requiere de tres propiedades para

c) 3

determinarlos

d) 4

temperatura).

e) 5

a) VVV

(presión,

volumen

y

b) VFV 16. Un recipiente de 398 N de peso y 3 m3 de

c) VVF

capacidad, contiene 3.51 kg de aire a 25°C

d) FVF

y a 1 bar, cuántas de las propiedades

e) FFF

mencionadas son intensivas. a) 1

19. Con respecto al equilibrio de un sistema se

b) 2

puede decir:

c) 3

. Equilibrio termodinámico es equivalente

d) 4

a equilibrio térmico.

e) 5

. Equilibrio termodinámico es equivalente a equilibrio mecánico.

17. Indique cuales de las afirmaciones son verdaderas y cuales son falsas.

. Un sistema en equilibrio termodinámico no puede cambiar de estado.

. Un Sistema abierto puede ser aislado

a) VVV

. Estrictamente hablando solo el universo

b) VFV

puede ser un sistema aislado.

c) VVF

. Un Sistema adiabático es necesariamente

d) FVF

aislado

e) FFF

a) VVV b) FFF c) VFV

20. Las funciones de estado que no depende de la trayectoria son: ……………………. Y

la función de estado que si depende de la trayectoria es: ……………………

23. De

acuerdo

con

las

leyes

de

la

termodinámica son ciertos:

a) Presión-temperatura

- La ley cero nos indica del equilibrio

b) Volumen-masa

mecánico

c) Temperatura-calor

-

d) Volumen-trabajo

unidireccionalidad del flujo de

e) c y d

La primera ley afirma de la conservación

La

segunda

ley

afirma

de calor

de la energía 21. Aquella propiedad extensiva que al ser dividido entre la masa son conocidos como: a) Función de estado b) Propiedades intensivas c) Propiedades especificas d) Propiedades relativas e) Ninguna es correcta

22. Complete el sentido correcto de la afirmación. Capacidad de realizar cambios o de realizar trabajo es: ……………………………. Y es conocido porción del universo que se realiza

para

realizar

un

estudio

…………………………………. a) potencia - proceso termodinámico b) calor – estado termodinámico c) energía – sistema termodinámico d) temperatura

–

sistema

termodinámico e) energía – equilibrio termodinámico

la

a) VVV b) VFV c) VVF d) FVF e) FFF

PRÁCTICA 1 - INTRODUCCIÓN Y DEFINICIONES BÁSICAS Sección : ………………………………... Asignatura : TERMODINÁMICA Docente :

Apellidos : HUAMAN SANCHEZ Nombres : BERTHIN VIDAL Fecha : 03/11/2020

INSTRUCCIONES: Resuelva la práctica de manera responsable

1. Se le solicita a usted hacer el análisis metabólico (de energía) de una persona. ¿Cómo definiría usted el sistema para estos fines? ¿Qué tipo de sistema es?

Es un sistema abierto porque entra alimentos el cual nos da energía y sale el alimento digerido, asi que hay intercambio de masa.

2. Está usted tratando de comprender cómo funciona un compresor alternativo (de cilindro-émbolo) de aire. ¿Qué sistema usaría usted? ¿Qué tipo de sistema es?

Si se toma al aire contenido en el sistema pistón-cilindro como el sistema entonces se habla de un sistema cerrado puesto que no hay un intercambio de masa en el proceso, sin embargo si se toma a todo el sistema pistón-émbolo como el objeto de estudio entonces se trata de un sistema cerrado en un período de tiempo durante el proceso mientras el aire se comprime y un sistema abierto al momento de la entrada y la salida del aire al inicio y final del proceso respectivamente.

3. ¿Cómo podría usted definir un sistema para estudiar el agotamiento de ozono en las capas superiores de la atmósfera terrestre? Toda la atmósfera puede llegar a ser considerada como el sistema de estudio, sin embargo por motivos de practicidad se puede definir un espacio específico de la atmósfera como un sistema abierto (volumen de control) y una vez con el sistema definido se analizan las interacciones o flujo de energía y masa que se produzcan a través de la frontera. 4. ¿Cuál es la diferencia entre propiedades intensivas y extensivas? Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la masa o el tamaño del sistema como es la temperatura, la presión y la densidad mientras que las extensivas si dependen de la extensión o tamaño del sistema por ejemplo el volumen y cantidad de movimiento.

Exigencia académica para grandes cambios.

5. ¿El peso de un sistema es una propiedad extensiva o intensiva? El peso viene definido por el producto entre la masa y la gravedad, por lo tanto al depender de la masa es una propiedad extensiva. 6. El volumen específico molar de un sistema V– se define como la relación del volumen del sistema con respecto al número de moles de una sustancia contenidos en el sistema. ¿Ésta es una propiedad extensiva o intensiva?

Si el volumen especifico plantea una relación entre dos características que van a variar de la misma manera al aumentar el tamaño del sistema o disminuirlo, entonces quiere decir que sea cual sea la extensión del sistema la relación o el valor que se obtenga de la misma siempre va a ser la misma, por lo tanto esta es una propiedad intensiva. 7. Para que un sistema esté en equilibrio termodinámico ¿deben ser iguales la presión y la temperatura en todos sus puntos? Al hablar de equilibrio termodinámico un sistema debe satisfacer todos los tipos necesarios de equilibrio, lo que quiere decir que la temperatura debe ser la misma en todos sus puntas, sin embargo al hablar de presión se debe recordar que la misma varía dependiendo de la altura o la profundidad del fluido, por lo tanto lo que se debe buscar es que no hayan fuerzas que desequilibren la presión mas no que la presión sea la misma en todos los puntos del sistema. 8.

¿Qué es un proceso de cuasiequilibrio? ¿Cuál es su importancia en ingeniería? Es un proceso durante el cual un sistema se mantiene casi en equilibrio, es decir que los cambios que experimenta el mismo son prácticamente imperceptibles. En la ingeniería un gran número de procesos son modelados o se aproximan como cuasi-equilibrio, por ejemplo, el trabajo de salida de un dispositivo es máximo y la entrada de trabajo a un dispositivo es mínimo al trabajar con procesos de este tipo.

9. Defina los procesos isotérmico, isobárico e isocórico. Lo primero que se debe aclarar es que el prefijo iso hace referencia a un proceso en el que una propiedad específica permanece constante, de modo que: o Isotérmico: Proceso durante el cual la temperatura permanece constante o Isobárico: Proceso durante el cual la presión se mantiene constante o Isocórico: Proceso durante el cual el volumen permanece constante

10. ¿Cuál es el postulado de estado? Es el estado de un sistema simple comprensible esta completamente especificada por dos propiedades intensivas independientes. 11. ¿Cómo describiría usted el estado del agua en una bañera? ¿Cómo describiría usted el proceso que sufre esta agua al enfriarse? La presión y la temperatura del agua que se utilizan normalmente para describir el estado. Composición química, coeficiente de tensión superficial, y otras propiedades pueden ser necesarios en algunos casos. Como el agua se enfría, la presión se mantiene fijo. Este proceso de enfriamiento, es entonces un proceso isobárico. 12. Al analizar la aceleración de gases al fluir por una boquilla, ¿qué elegiría como sistema? ¿Qué tipo de sistema

es éste?

Al analizar la aceleración de los gases a medida que fluyen a través de una boquilla, la elección adecuada para el sistema es el volumen dentro de la boquilla, delimitada por toda la superficie interior de la boquilla y la entrada y salida de las secciones transversales. Este es un volumen de control ya que la masa cruza el límite. 13. ¿Qué es un proceso de flujo estacionario? Se podría definir como un proceso durante el cual un fluido fluye de forma estacionaria por un volumen de control. Es decir, las propiedades del flujo pueden cambiar de un punto a otro dentro del volumen de control, pero en algún punto fijo permanecen sin cambio durante todo el proceso. 14. Clasifique cada propiedad como extensiva (E) o intensiva(e): a) temperatura, b) masa, c) densidad, d) presión e) coeficiente de dilatación térmica, f) volumen a) EEEEEE b) eeeeee c) EeEeEe d) eEeEeE e) eEeeeE

15. ¿Cuántos son sistemas termodinámicos abiertos? I. Café en un termo de alta calidad II. Gasolina en el depósito de un coche en marcha III. Mercurio en un termómetro IV. Una planta en un invernadero V. El cuerpo humano. a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

16. Un recipiente de 398 N de peso y 3 m3 de capacidad, contiene 3.51 kg de aire a 25°C y a 1 bar, cuántas de las propiedades mencionadas son intensivas. a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

17. Indique cuales de las afirmaciones son verdaderas y cuales son falsas. . Un Sistema abierto puede ser aislado . Estrictamente hablando solo el universo puede ser un sistema aislado. . Un Sistema adiabático es necesariamente aislado a) VVV b) FFF c) VFV d) FVF e) FFV

18. con respecto a estados termodinámicos, se puede decir que: . Solo están determinados en sistemas en equilibrio . Se pueden representar gráficamente solo en sistemas en equilibrio termodinámico. . Se requiere de tres propiedades para determinarlos (presión, volumen y temperatura).

a) VVV b) VFV c) VVF d) FVF e) FFF

19. Con respecto al equilibrio de un sistema se puede decir: . Equilibrio termodinámico es equivalente a equilibrio térmico. . Equilibrio termodinámico es equivalente a equilibrio mecánico. . Un sistema en equilibrio termodinámico no puede cambiar de estado. a) VVV b) VFV c) VVF d) FVF e) FFF 20. Las funciones de estado que no depende de la trayectoria son: ……………………. Y la función de estado que si depende de la trayectoria es: …………………… a) Presión-temperatura b) Volumen-masa c) Temperatura-calor d) Volumen-trabajo e) c y d

21. Aquella propiedad extensiva que al ser dividido entre la masa son conocidos como: a) Función de estado b) Propiedades intensivas c) Propiedades especificas d) Propiedades relativas e) Ninguna es correcta

22. Complete el sentido correcto de la afirmación. Capacidad de realizar cambios o de realizar trabajo es: ……………………………. Y es conocido porción del universo que se realiza para realizar un estudio ………………………………….

a) potencia - proceso termodinámico b) calor – estado termodinámico c) energía – sistema termodinámico d) temperatura – sistema termodinámico e) energía – equilibrio termodinámico

23. De acuerdo con las leyes de la termodinámica son ciertos: - La ley cero nos indica del equilibrio mecánico - La segunda ley afirma de la unidireccionalidad del flujo de La primera ley afirma de la conservación de la energía a) VVV b) VFV c) VVF d) FVF e) FFF

calor

1. ¿Cuál es la ley cero de la termodinámica? La ley cero de la termodinámica establece que "si dos sistemas que están en equilibrio térmico con un tercer sistema, también están en equilibrio entre sí". También se la conoce como principio cero de la termodinámica. 2.

¿Cuáles son las escalas ordinaria y absoluta de temperatura, en el SI y en el sistema inglés? Las escalas relativas, son la escala Celsius (°C) y Fahrenheit (°F). Estas fueron creadas en función del punto de fusión y de congelación de una sustancia; sin embargo, las cuatro escalas son proporcionales entre sí y podemos convertir de unas a otras si se comparan bajo el mismo parámetro de medición. Las escalas absolutas, son la escala Kelvin (K) y la escala Rankine (R). Estas son usadas en el ámbito científico, por lo que no son de uso coloquial, a su vez, se emplean en el sistema internacional de unidades y en el sistema inglés respectivamente.

3.

Un termómetro de alcohol y uno de mercurio indican exactamente 0 °C en el punto de congelación, y 100 °C en el punto de evaporación. La distancia entre los dos puntos se divide en 100 partes iguales, en ambos termómetros. ¿Cree usted que esos termómetros indicarán exactamente lo mismo a una temperatura de, por ejemplo, 60 °C? Explique por qué. Si, ya que si indican ambos la misma temperatura en 0 C con hielo y en 100 C con agua hirviendo, quiere decir que ambos tienen la misma relación de cambio de distancia respecto a la temperatura que miden, por lo que cuando ambos se pongan a 60 C indicaran la misma temperatura.

4. La temperatura en el interior del organismo de una persona saludable es 37 °C. ¿Cuánto es en kelvin?

5.

¿Cuál es la temperatura del aire calentado a 150 °C

en °F y en R?

6. La temperatura de un sistema aumenta en 45 °C durante un proceso de calentamiento. Exprese en kelvin ese aumento de temperatura.

7.

El punto de ignición de un aceite de motor es 363 °F. ¿Cuál es la temperatura absoluta de punto de ignición en K y R?

8.

La temperatura del aire ambiente en cierta ubicación se mide como –40 °C. Exprese esta temperatura en unidades Fahrenheit (°F), Kelvin (K) y Rankine (R).

9.

La temperatura del agua cambia en 10 °F durante un proceso. Exprese este cambio de temperatura en unidades Celsius (°C), Kelvin (K) y Rankine (R).

10. Los humanos se sienten más cómodos cuando la temperatura está entre 65 °F y 75 °F. Exprese esos límites de temperatura en °C. Convierta el tamaño del intervalo entre esas temperaturas (10 °F) a K, °C y R. ¿Hay alguna diferencia si lo mide en unidades relativas o absolutas?

11. El agua en un recipiente está a presión, mediante aire comprimido, cuya presión se mide con un manómetro de varios líquidos, como se ve en la figura. Calcule la presión manométrica del aire en el recipiente si h1 = 0.2 m, h2 = 0.3 m y h3 = 0.46 m. Suponga que las densidades de agua, aceite y mercurio son 1 000 kg/m3, 850 kg/m3 y 13 600 kg/m3, respectivamente. Aceite Aire h1

Agua h2

Mercurio

h3

12. Calcule la presión atmosférica en un lugar donde la indicación del barómetro es 750 mm Hg. Suponga que la densidad del mercurio es 13 600 kg/m3.

13. La presión manométrica en un líquido, a 3 m de profundidad, es 42 kPa. Determine la presión manométrica en el mismo líquido a la profundidad de 9 m.

14. La presión absoluta en agua a 5 m de profundidad resulta ser 145 kPa. Determine a) la presión atmosférica local y b) la presión absoluta a 5 m de profundidad, en un líquido cuya gravedad específica sea 0.85, en el mismo lugar geográfico.

15. Demuestre que 1 kgf/cm2 = 14.223 psi.

16. E Los diámetros del émbolo que muestra la figura son D1 = 3 pulg y D2 = 1.5 pulg. Determine la presión, en psi, en la cámara, cuando las demás presiones son P1 = 150 psi y P2 = 250 psi.

17. Los diámetros del émbolo en la figura anterior son D1= 10 cm y D2 = 4 cm. Cuando la presión en la cámara 2 es 2 000 kPa y la presión en la cámara 3 es 700 kPa, ¿cuál es la presión en la cámara 1, en kPa? Respuesta: 908 kPa.

18. Determine la presión del gas en b.

19. Un gas está contenido en un dispositivo de cilindro-pistón vertical, sin fricción. El pistón tiene una masa de 4 kg y un área de sección transversal de 35 cm2. Un muelle comprimido por encima el pistón ejerce una fuerza de 60 N sobre el pistón. Si la presión atmosférica es de 95 kPa, determine la presión dentro del cilindro en kPa.

20. Agua dulce y salada que fluye en tuberías horizontales y paralelo están conectadas entre sí por un doble tubo en U manómetro, como se muestra en la Fig. determinar la diferencia de presión entre las dos tuberías. Tome la densidad del agua de mar 1035 kg / m3.

21. La presión relativa del aire en el depósito se muestra en la Figura se midió y resulta 80 kPa. Determinar el desnivel de altura h de la columna de mercurio.

22. La presión de una tubería de gas natural se mide por el manómetro que se muestra en la Fig. con uno de los brazos abierto a la atmósfera, donde la presión atmosférica local es 14,2 psi. Determinar la presión absoluta en la tubería.

23. Una línea de gasolina está conectado a un manómetro de presión a través de una doble U-manómetro, como se muestra en la Fig. si la lectura de la galga de presión es 370 kPa, determinar la presión manométrica de la línea de la gasolina.

24. Un líquido tiene una densidad de 0.7 kg/dm3 determine su volumen especifico. a) 1.428x10-3m3/kg b) 1.800x10-3m3/kg c) 2.428x10-3m3/kg d) 2.800x10-3m3/kg e) 1.428x10-6m3/kg 25. un gas de 0.88 lb de masa se encuentra encerrado en un cilindro de radio de la base de 2cm y de una altura de 10cm. Determine su volumen especifico. 26. Vapor de agua fluye en una tubería de 4cm de diámetro a 6 kg/s con una velocidad de 2m/s. determine su densidad del vapor de agua.

27. Vapor de agua con una densidad de 0.0334 kg/m3, fluye por una tubería a 0.5 m/s a razón de 2kg/s. determine, el diámetro de la tubería.