• Author / Uploaded
• Steven Espinal Mera

Citation preview

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE SEDE LATACUNGA

TERMODINÁMICA QUÍMICA

DEBER #3

ESPINAL MERA STEVEN

PERIODO ACADÉMICO MAYO 2020 – SEPTIEMBRE 2020

1. En un dispositivo cilindro-pistón orientado horizontalmente como indica la figura, se retiene aire, inicialmente, P1 = 100kPa, V1 = 2 x 10-3 m3, y la cara interna del pistón esta en x = 9. El muelle no ejerce ninguna fuerza sobre el pistón en la posición inicial. La presión atmosférica es 100kPa, y el área de la superficie del pistón es 0,018 m2. El aire se expande lentamente hasta que su volumen es V2 = 3 x 10-3 m3. Durante el proceso el muelle ejerce una fuerza sobre el pistón que varía con x tal que F = k*x, donde k =16,2 x 10-3. No hay fricción entre el pistón y la pared del cilindro. Determínese la presión final del aire, en kPa, y el trabajo hecho por el aire sobre el pistón.

2. Una masa de aire sigue dos procesos consecutivos: Proceso 1-2: compresión politrópica con: 𝑛 = 1,3 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑝1 = 100𝑘𝑃𝑎 𝑚3 𝑚3 𝑣1 = 0,04 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 𝑣2 = 0,02 𝑘𝑔 𝑘𝑔 Proceso 2-3: proceso a presión constante hasta 𝑣3 = 𝑣1 Represente el proceso en un diagrama p-v y determine el trabajo por unidad de masa del aire en kJ/kg.

3. Por un motor eléctrico circula una corriente de 5 A con un voltaje de 220 V. el eje a la salida desarrolla un momento de 10,2 N*m y una velocidad de rotación de 1000 rpm. Todos los valores permanecen constantes con el tiempo. Determínese: a) La potencia eléctrica que precisa el motor y la potencia desarrollada por el eje a la salida, todo ello en kW. b) La potencia neta suministrada por el motor, en kW. c) La cantidad de energía transferida al motor mediante el trabajo eléctrico y la cantidad de energía extraída del motor por el eje, en kWh, durante 2 h de operación.

4. Un calentador eléctrico consume una corriente constante de 6 A con un voltaje aplicado de 220 V, durante 10 h. determínese la cantidad total de energía suministrada al calentador mediante trabajo eléctrico, en kW*h.

5. Un depósito rígido y bien aislado con un volumen de 0,6 m3 esta lleno de aire. En dicho deposito hay una rueda de paletas que transfiere energía al aire con un ritmo constante de 4w durante 1 h. a densidad inicial del aire es 1,2 kg/m3. Si no hay cambios de la energía cinética o potencial, determínese. a) El volumen especifico en el estado final, en m3/kg. b) La energía transferida por el trabajo, en kJ. c) El cambio en la energía interna especifica del aire, en kJ/kg.

6. Un gas está contenido en un depósito rígido cerrado provisto de una rueda de paletas. Dicha rueda agita el gas durante 20 minutos, con una potencia variable con el tiempo según la expresión W = -10t, en la que W viene dado en vatios y t en minutos. La transferencia de calor desde el gas al entorno se realiza con un flujo constante de 50 W. Determínese. a) La velocidad de cambio de la energía del gas para t = 10 minutos, en vatios. b) El cambio neto de energía en el gas después de 20 minutos, en kJ.

7. En un dispositivo cilindro-pistón se expande vapor desde p1 = 35 bar hasta p2 = 7 bar. La relación presión-volumen durante el proceso es pV2 = cte. La masa de vapor es 2,3 kg. Otras de las propiedades del vapor en el estado inicial son: u1 = 3282,1 kJ/kg y v1 = 113,24 cm3/g. En el estado final u2 = 2124,6 kJ/kg. Despreciando cambios en la energía cinética y potencial, calcúlese la transferencia de calor, en kJ, para el vapor considerado como sistema.

8. Un gas está contenido en un dispositivo cilindro-pistón como el de la figura. Inicialmente, la cara interna del pistón esta en x = 0, y el muelle no ejerce fuerza alguna sobre el pistón. Como resultado de la transferencia de calor el gas se expande elevando al pistón hasta que tropieza con los topes. En ese momento su cara interna se encuentra en x = 0,06 m y cesa el flujo de calor. La fuerza ejercida por el muelle sobre el pistón cuando el gas se expande varia linealmente con x según: F = kx. Donde k = 9000 N/m. el rozamiento entre el pistón y la pared del cilindro puede despreciarse. La aceleración de la gravedad es g = 9,81 m/s2. Mas información se incluye en la Fig. P2.31. a) ¿Cuál es la presión inicial del gas, en kPa? b) Determine el trabajo echo por el gas sobre el pistón, en J. c) Si las energías internas especificas del gas en los estados inicial y final son 210 y 335 kJ/kg, respectivamente, calcule el calor transferido, en J.