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• Warner Julio

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3-5C: ¿Por qué la temperatura y la presión son propiedades interdependientes en la región de vapor húmedo? Porque no se puede modificar una sin modificar la otra, pues si una cambia las dos lo hacen. 3-11C: Se sabe bien que el aire caliente en un ambiente frío sube. Ahora imagine una mezcla caliente de aire y gasolina, en la parte superior de un recipiente con gasolina. ¿Cree usted que esta mezcla sube en un ambiente más frío? Debido a que la densidad de la gasolina es mucho mayor que la del aire, la gasolina tendrá un peso específico mayor, por lo tanto, es más probable que permanezca en el recipiente a que suba a un ambiente más frío, no importa que se mezcle con aire caliente. 3-17C: ¿Qué es la calidad? ¿Tiene algún significado en la región de vapor sobrecalentado? Es el porcentaje de humedad en el vapor saturado. No tiene ningún significado en el vapor sobrecalentado, pues para sobre calentar el vapor se debe tener una calidad de 100%. 3-23: Regrese al problema 3-22. Use el programa EES (u otro) para determinar las propiedades del agua que faltan. Repita la solución para los refrigerantes 134a, 22, y para amoniaco. Se resuelve por medio de software. 3-29E: Complete esta tabla para el refrigerante 134a: T, °F

P, Psia

h, Btu/lbm

x

65.89

80

78

0.566

15

29.759

62.92

0.6

10

70

15.35

-

160

180

129.46

-

110

161.16

117.23

1.0

Descripción de fase Mezcla saturada Mezcla saturada Líquido comprimido Vapor sobrecalentad o Vapor saturado

3-35: Un contenedor de 9 m 3 se llena con 300 kg de refrigerante 134a a 10 °C. ¿Cuál es la entalpía específica del refrigerante 134a en el contenedor? El volumen específico es: V 9 m3 m3 v= = =0.03 m 300 kg kg Usando la tabla A-11 se sabe que es una mezcla de vapor y líquido. Buscando las propiedades a 10°C se tiene que:

3

( 0.03−0.000793 ) m v−v f kg m3 x= = =0.6008 v fg kg m3 0.049403−0.000793 kg h=hf + x∗hfg =65.43+ ( 0.6008 ) (190.73 )=180.02

kJ kg

3-41: Tres kilogramos de agua en un recipiente ejercen una presión de 100 kPa, y tienen 250 °C de temperatura. ¿Cuál es el volumen de este recipiente? El volumen específico del agua, determinado por la presión y temperatura dadas en el problema, de tabla A-6 es: v=2.4062m3/kg Entonces: m3 V =mv=( 3 kg ) 2.4062 =7.22 m3 kg

(

)

3-47: Mediante una estufa eléctrica se hierve agua a 1 atm de presión, en una olla de acero inoxidable con 25 cm de diámetro interior. Se observa que el nivel del agua baja 10 cm en 45 min; calcule la tasa de transferencia de calor a la olla. Se obtienen las propiedades del agua a 1 atmósfera de presión a 100°C son, de tabla A-4: hfg=2256.5kJ/kg vf=0.001043m3/kg v ( π∗r 2 ) L π (.125 m )2 ( 0.1m ) masa evaporada : m e = e = = =4.704 kg 3 vf vf m 0.001043 kg masa evaporada por unidad de tiempo :met =

me 4.704 kg kg = =0.001742 ∆ t 45∗60 s s

Entonces:

(

Q=( met ) ( h fg ) = 0.001742

kg kJ 2256.5 =3.93 kw s kg

)(

)

3-53: Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.005 m3 de agua líquida y 0.9 m3 de vapor de agua, en equilibrio a 600 kPa. Se transmite calor a presión constante, hasta que la temperatura llega a 200 °C. Se resuelve por medio de software 3-59: Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.8 kg de vapor de agua a 300 °C y 1 MPa. El vapor se enfría a presión constante, hasta que se condensa la mitad de su masa. a) Muestre el proceso en un diagrama T-v.

b) Calcule la temperatura final. c) Determine el cambio de volumen. De tabla A-5 y A-6 se tiene: Temperatura de saturación a 1 MPa: 179.88°C El título sería 0.5, ya que el embolo tiene la mitad de su masa en vapor y la otra mitad en líquido. vs1=0.25799m3 masa evaporada : m e =

v e ( π∗r 2 ) L π (.125 m )2 ( 0.1m ) = = =4.704 kg 3 vf vf m 0.001043 kg 3

v 2=v f + x∗v fg =0.001127+ 0.5 ( 0.19436−0.001127 )=0.09775

m kg

Entonces: ∆ v=m ( v 2−v 1 )=( 0.8 kg )( 0.09775−0.25799 )

m3 =−0.1282 m3 kg

3-65: Un recipiente rígido contiene 2 kg de refrigerante 134a a 800 kPa y 120 °C. Determine el volumen del recipiente y la energía interna total. Respuestas: 0.0753 m3, 655.7 kJ. De tabla A-13: u=327.87kJ/kg v=0.037625m3/kg m3 V =mv=( 2 kg ) 0.037625 =0.0753 m3 kg

(

(

U=mu=( 2 kg ) 327.87

)

kJ =655.7 kJ kg

)

3-71C: ¿Cuál es la diferencia entre R y Ru? ¿Cómo se relacionan las dos? Ru es la constante universal de los gases que es igual para todos los gases. R es la constante específica, a cual es diferente para cada gas. Las dos se relacionen por la fórmula: R=R u /M Dónde M es la masa molar del gas.

3-77: Regrese al problema 3-76. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto del diámetro del globo sobre la masa de helio que contiene, para las presiones de a) 100 kPa y b) 200 kPa. Haga variar el diámetro de 5 m a 15 m. Trace la gráfica de masa de helio en función del diámetro, para ambos casos. Se resuelve por medio de software. 3-83: La presión en un neumático de automóvil depende de la temperatura del aire que contiene. Cuando esa temperatura es 25 °C, el medidor indica 210 kPa. Si el volumen del neumático es 0.025 m3, determine el aumento de presión en su interior, cuando la temperatura sube a 50 °C. Calcule también la cantidad de aire que se debe purgar para que, manteniendo la temperatura a 50 °C, la presión regrese a su valor original. Suponga que la presión atmosférica es 100 kPa.

La constante de los gases ideales es: R=0.287kPam3/kgK |¿|=P + P atm man =210+100=310 kPa P¿ P2=

T2 323 K P1= ( 310 kPa ) =336 kPa T1 298 K

∆ P=P 2−P1=336−310=26 kPa La cantidad de aire que necesita ser eliminada es: P V ( 310 kPa ) ( 0.025 m3 ) m 1= 1 = =0.0906 kg R T 1 ( 0.287 kPa m 3 /kgK ) ( 298 K ) P1V ( 310 kPa ) ( 0.025 m3 ) m 2= = =0.0836 kg R T 2 ( 0.287 kPa m 3 /kgK ) ( 323 K ) ∆ m=m2−m1 =0.0906−0.0836=0.0070 kg

3-89: Calcule el volumen específico del vapor de refrigerante 134a a 0.9 MPa y 70 °C, con base en la ecuación del gas ideal. De tabla A-1 R=0.08149kPam3/kgK

v=

3 3 RT ( 0.08149 kPa m /kgK ) ( 343 K ) m = =0. 03105 P ( 900 kPa ) kg