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Universidad Simón Bolívar Departamento de Termodinámica y Fenómenos de Transferencia Guía de ejercicios Primer Parcial Enero Marzo 2020

1. Un recipiente rígido con un volumen de 0,170 m3 se llena inicialmente con vapor de agua a 180 kPa y 340 °C. El recipiente se enfría luego hasta 90 °C. a) ¿A qué temperatura comienza a ocurrir el cambio de fase? b) ¿Cuál es la presión final? c) ¿Qué fracción de la masa del agua es líquida en el estado final?

2. Determine la energía interna en kJ de 0,1 m 3de refrigerante R134a a 0°C si se sabe que el volumen específico en ese estado vale 0,035 m 3/kg. Determine también en Btu, la energía interna de 0,4 pie 3 del mismo refrigerante a 30°F, si se sabe que el volumen específico en este nuevo estado es 0,80 pie 3/lbm. 3. Se enfría a volumen constante vapor de agua a 2,0 MPa y 280 °C hasta que la presión alcanza el valor de 0,50 MPa. Determine la energía interna en estado final y haga un esquema del proceso en un diagrama P-v 4. Se comprime isotérmicamente vapor de agua a 1,5 bar y 200 °C hasta dos estados finales diferentes. a) Si el volumen específico final fuese 0,30 m 3/kg, halle la variación de energía interna en kJ/kg. b) Si la energía interna final fuese de 2200 kJ/kg, halle la variación del volumen específico en m3/kg. Dibuje ambos procesosenunmismodiagramaP-v. 5. Un cilindro de 2 m3 de volumen inicial contiene vapor de agua a 10 bar y 200°C (estado 1). Del cilindro se extrae calor a temperatura constante hasta que el volumen se reduce al 41,95 % del volumen inicial (estado 2). El proceso a temperatura constante es seguido por otro a volumen constante que finaliza cuando la presión en el cilindro alcanza un valor de 40 bar (estado 3). a) Determine la presión en bar y la entalpía en kJ/kg en el estado 2. b) Determine la temperatura en °C y la entalpía del estado 3. c) Dibuje el proceso en un diagrama pv 6. Complete la siguiente tabla de propiedades termodinámicas. Sustancia Agua Agua R-12 Metano Agua Hexano CO2

P(kPa) 3250 1300

T(K) 491,15

400 0,05

143,15 250,15 457,15

30

v(m3/kg)

x

0,115840 0,015577

0,6

0,0058914 0,2814

Estado

7. En un tubo entra dióxido de carbono gaseoso, a 3 MPa y 500 K, con un flujo de 2 kg/s. Ese CO2 se enfría a presión constante mientras pasa por el tubo, y a la salida, la temperatura desciende hasta 450 K a la salida. Determine el flujo volumétrico y la densidad del dióxido de carbono en la entrada, y el flujo volumétrico a la salida del tubo, usando a) la ecuación del gas ideal b) la carta de compresibilidad generalizada. c) el error cometido en el primer em ambos casos de ser posible. 8. ¿Es razonable utilizar el modelo de Gas Ideal para las siguientes sustancias a las condiciones señaladas? Justifique sus respuestas. a) Agua a 1300°C y 3MPa b) Nitrógeno a 30°C y 3MPa c) Dióxido de Carbono a 30°C y 3MPa d) Agua a 50°C y 10kPa e) Agua a 30°C y 10kPa 9. Usando el diagrama de compresibilidad: ¿En qué estado se encontrará el etano a T=1,8°C y v=0,06933 m3/kg? ¿Cuál será la Presión del gas a esas condiciones? 10 ¿A qué temperatura y presión tienen que estar el oxígeno y el nitrógeno para que estén en el mismo estado correspondiente que el vapor de agua cuando éste está a 250ºC y su presión es P= 6 atm?