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GASOTÉCNIA

ING. LUIS RICARDO HERNÁNDEZ

UNIDAD I PARTE I (FUNDAMENTOS BASICOS) 1- Los globos aerostáticos se llenan con gas helio debido a que solo pesa una séptimo del peso del aire en condiciones idénticas. Las fuerzas de flotación se expresa como 𝐹𝐹 = 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 . 𝑔. 𝑉𝑔𝑙𝑜𝑏𝑜 empujará el globo hacia arriba. Si este tiene un diámetro de 30 pies y transporta dos personal de 140 𝑙𝑏𝑚 cada una, determina la aceleración del globo en el momento en que se suelta. Suponga que la densidad del aire es 𝜌 = 0.0724 𝑙𝑏𝑚 𝑝𝑖𝑒 3 y desprecie el peso de las cuerdas y de la canasta. 𝑅𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎: 𝟒𝟓. 𝟏 𝒑𝒊𝒆𝒔 𝒔𝟐

2-

La mitad inferior de un recipiente cilíndrico de 10m de altura se llena con agua (𝜌 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 ) y la mitad superior con aceite que tiene una densidad relativa de 0.85. Determina la diferencia de presión entre la parte superior y el fondo del cilindro. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟗𝟎. 𝟕𝒌𝑷𝒂

3- Un dispositivo vertical de cilindro-émbolo sin fricción contiene un gas a 500𝐾𝑃𝑎. La presión atmosférica es en exterior es de 100𝐾𝑃𝑎 y el área del émbolo mide 30𝑐𝑚3 . Determine la masa del émbolo.

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4- Una olla de presión cocina mucho más rápido que una cacerola ordinaria, al mantener la presión y temperatura más alta en el interior. La tapa de una olla de presión sella perfectamente y el vapor puede escapar solo por una abertura en la parte media de la tapa. Una pieza separada de cierta masa, la válvula, se coloca sobre esta abertura y evita que el vapor escape hasta que la fuerza de la presión supere el peso de la válvula. En esta forma, el escape periódico del vapor previene cualquier presión potencial peligrosa y mantiene la presión interna con un valor constante. Determine la más de la válvula de una olla exprés, cuya presión de operación es 100KPa manométricos y que tiene un área de sección transversal suponga una atmosfera de 101KPa y dibuje el diagrama de cuerpo libre de la válvula. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂 𝟒𝟎. 𝟖 𝒈

5- Un tubo de vidrió se une a una tubería de agua como se muestra en la figura. Si la presión del agua en el fondo de tubo es 115Kpa y la presión atmosférica local es de 92KPa. Determine en metros la altura a la que ascenderá el agua en el tubo. Suponga g:9.8 𝑚 𝑠 2 en ese sitio y considere la densidad del agua igual a 1000𝐾𝑔 𝑚3 .

6- Determine la presión equivalente a 1 bar en función de los metros de una columna de líquido a temperatura ambiente, donde el líquido es (a) Agua, (b) alcohol etílico, y (c) mercurio. La densidad relativa del alcohol etílico es 0,789, la densidad relativa del mercurio es 13,59 y g:9,80𝑚 𝑠 2

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7- Se pide a dos estudiantes que midan la altura de un rascacielos. Uno de ellos toma el ascensor hasta el último piso y anota una lectura del barómetro de 993,2 mbar. El estudiante que queda a nivel del suelo toma una lectura de 1012,4 mbar. La densidad del aire es 1,16 𝑘𝑔 𝑚3 y g: 9,68 𝑚 𝑠 2 . Determínese la altura en metros que indicaron los estudiantes. 8- Suponga que deseamos determinar la presión absoluta en el tanque de la figura (KPa y atmósferas), si nos dicen que el fluido del manómetro es un aceite con densidad relativa 0,87 y la altura del líquido h es de 45,2 cm. Además, la presión atmosférica en ese lugar es de 98,4 KPa. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟏𝟎𝟐, 𝟐 𝐤𝐏𝐚

9- El agua de un tanque esta presurizada por aire y la presión se mide con un manómetro multifluido como se indica en la figura. El tanque se localiza sobre una montaña a una altitud de 1400 m donde la presión atmosférica es de 85,6 kPa. Determine la presión del aire en el tanque si, h1 = 0,1 m, h2 = 0,2 m y h3 = 0,35 m. las densidades del agua, del aceite y del mercurio son 1000 kg/m3, 850 kg/m3 y 13600 kg/m3 respectivamente. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟏𝟐𝟗. 𝟔𝒌𝒑𝒂

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10- Un resorte comprimido ejerce sobre el émbolo una fuerza de 60N. si la presión atmosférica es 95 KPa, determine la presión dentro del cilindro. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟏𝟐𝟑, 𝟒𝑲𝑷𝒂.

11- Sobre la superficie de la luna donde la aceleración local es 1,67 𝑚 𝑠 2 , 5,4 g de un gas ocupa un volumen de 1,2 𝑐𝑚3 . Determínese (a) el Volumen especifico del gas en 𝑚3 /𝑘𝑔, (b) la densidad en 𝑔 𝑐𝑚 3 , y (c) el peso específico en 𝑁 𝑚3 . 12- Un deposito de 11𝑚3 de aire está dividido por una membrana en una parte A, con un volumen de 6𝑚3 , y una parte B, con un volumen específico inicial de 0,417 𝑚3 𝑘𝑔. Se rompe la membrana y el volumen específico final es 0,55 𝑚3 𝑘𝑔. Calcúlese el volumen específico del aire inicial en A, en 𝑚3 𝑘𝑔 . 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟎, 𝟕𝟓

PARTE II (GAS IDEAL) 13- Un globo aerostático esférico con un diámetro de 25 pies se llana con helio a 70°F y 30Psia. Determine el número de moles y la masa del helio en el globo. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂𝒔: 𝟒𝟑, 𝟏𝟔 𝒍𝒃𝒎𝒐𝒍 𝒚𝟏𝟕𝟐, 𝟔 𝒍𝒃𝒎 14- El aire en una llanta de automóvil con un volumen de 0,53 𝑝𝑖𝑒𝑠 3 se encuentra a 90°F y 20 Psig. Determine la cantidad de aire que debe agregarse para elevar la presión al valor recomendado de 30 psig. Suponga que la presión atmosférica corresponde a 14,6 psia y que la temperatura y el volumen permanecen constantes. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟎, 𝟎𝟐𝟔𝟎 𝒍𝒃𝒎

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15- Se llena un globo con Metano (𝐶𝐻4 ) a 20 °C y 1 bar, hasta que el volumen es 26,4𝑚3 . (a) Calcúlese la masa de gas en el interior del globo, en kilogramos. (b) Determínese el volumen, en metros cúbicos, si el globo se eleva hasta una altura en la que su estado es de 0,84 bar y 0°C. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝒂 𝟏𝟕, 𝟑 𝒃 𝟐𝟗. 𝟑 16- En un depósito de 50L se tiene monóxido de carbono a 210 KPa y 127 °C. (a) Determínese la masa del gas, en kilogramos. (b) Hay un escape de 0.02 Kg de gas y la temperatura baja hasta 27 °C. Calcúlese la presión manométrica del gas que queda en el depósito en kilopascales, si la presión barométrica es 98,8 KPa. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂𝒔: 𝒂 𝟎, 𝟎𝟖𝟖𝟒 𝒃 𝟐𝟑, 𝟎 17- Se necesita almacenar 1500kg de propano 𝐶3 𝐻8 en un depósito de gas a 42°C y 450 KPa. (a) Calcúlese el volumen del depósito, en metros cúbicos. (b)Posteriormente se añaden 500 Kg de gas, pero la temperatura se mantiene constante. Calcúlese la presión final en Kilopascales. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂𝒔: 𝒂 𝟏𝟗𝟖 𝒚 𝒃 𝟔𝟎𝟎

18- El aire del interior de un neumático de automóvil, con un volumen de 0,042 𝑚3 , ha alcanzado 360 KPa a 40 °C. tras enfriarlo hasta 20 °C, se desearía que la presión fuese de 300 KPa. Calcúlese el volumen de aire que hay que quitar, en metros cúbicos, si se midiese a 20 °C y 100 KPa. 19- Es necesario almacenar 100Lbm de metano en un depósito de gas a 160 °F y 250 psia. Calcúlese el volumen del depósito en pies cúbicos. 20- Un depósito contiene dióxido de carbono a 500 KPa y 40 °C. Se produce un escape que no se detecta hasta que la presión ha caído 340 KPa. Si la temperatura del gas en el momento de la detección del escape es 20 °C, determínese la masa de dióxido de carbono que ha salido si la masa inicial era de 15 Kg. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟒, 𝟏𝒌𝒈 21- Dos depósitos aislados, A y B, están conectados mediante tuberías apropiadas por medio de una Válvula inicialmente cerrada. El depósito A contiene nitrógeno a 1,5 bar y 37 °C en un volumen de 0,030 𝑚3 . el depósito B contiene nitrógeno a 2,7 bar y 60 °C. se abre la válvula y se retira el aislamiento. En el equilibrio, la presión es de 2,0 bar y la temperatura es la del ambiente, 27 °C. Calcúlese el volumen del depósito B en metros cúbicos. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟎, 𝟎𝟑𝟖𝟐 22- Calcular el volumen que ocupa un mol de gas en condiciones estándar. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝟑𝟕𝟗, 𝟒 𝒇𝒕𝟑 /𝒍𝒃𝒎𝒐𝒍 23- Gas natural proveniente de un reservorio de hidrocarburo y producido a través del pozo, posee una gravedad especifica de 0.65, dicho pozo produce un caudal de 1.1 MMscf/day. La presión y temperatura del yacimiento es 1500 psia y 150 °F. Calcular: a) El aparente peso molecular aparente del gas natural. b) La densidad del gas natural en condiciones del reservorio en 𝑙𝑏𝑚 𝑓𝑡 3 . c) El flujo de gas en lbm/dia. 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂𝒔: 𝒂)𝟏𝟖, 𝟖𝟐 𝒃)𝟒, 𝟑𝟏 𝒄)𝟓𝟒, 𝟓𝟓𝟗

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24- Una muestra de gas natural presenta la composición que se muestra a continuación, asumiendo un comportamiento ideal determine a) El peso molecular aparente b) La gravedad específica c) La densidad del gas a 2000psia y 150 °F, d) Volumen especifico a 2000psia y 150 °F. 𝟑 𝟑 𝑹𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂𝒔: 𝒂) 𝟏𝟖, 𝟒𝟐 𝒃) 𝟎, 𝟔𝟑𝟔 𝒄) 𝟓, 𝟔𝟐𝟖 𝒍𝒃𝒎 𝒇𝒕 𝒅)𝟎, 𝟏𝟕𝟖 𝒇𝒕 𝒍𝒃𝒎

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