CUESTIONARIO TERMO UNAD

8/20/2019 CUESTIONARIO TERMO UNAD

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍAEJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN DEL CURSO: 201015 – TERMODINÁMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

201015 – TERMODINÁMICA

EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN

Mg. RUBÉN DARÍO MÚNERA TANGARIFEDirector Nacional

Mg. ANA ILVA CAPERA URREGOAcreditador

PALMIRASeptiembre de 2012


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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

Este es un material tomado del módulo de Termodinámica del Ing. ÁlvaroEnrique Cisneros Revelo (Cisneros, 2006).


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INTRODUCCIÓN

Las respuestas a la totalidad de las preguntas y ejercicios se encuentran a partir

de la página 31.

Si al comparar la respuesta que da el ejercicio es diferente con la que Ustedrealizó, entonces, revise muy bien el procedimiento correcto y proceda a realizarlonuevamente (sin mirar el procedimiento de respuesta), hasta que lo domine porcompleto.

Muchos éxitos.

Mg. Rubén Darío Múnera Tangarife


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CONTENIDO

Página

ACTIVIDADES DE AUTOEVALUACIÓN DE LA UNIDAD UNO .............................. 5

AUTOEVALUACIÓN NO 1 .................................................................................... 6 AUTOEVALUACIÓN NO 2 .................................................................................... 8 AUTOEVALUACIÓN NO 3 .................................................................................. 10 AUTOEVALUACIÓN NO 4 .................................................................................. 12 AUTOEVALUACIÓN NO 5 .................................................................................. 14 AUTOEVALUACIÓN NO 6 .................................................................................. 16 AUTOEVALUACIÓN NO 7 .................................................................................. 18 AUTOEVALUACIÓN NO 8 .................................................................................. 20

ACTIVIDADES DE AUTOEVALUACIÓN DE LA UNIDAD DOS ............................ 22

AUTOEVALUACIÓN NO 9 .................................................................................. 23 AUTOEVALUACIÓN NO 10 ................................................................................ 25 AUTOEVALUACIÓN NO 11 ................................................................................ 27 AUTOEVALUACIÓN NO 12 ................................................................................ 29

INFORMACIÓN DE RETORNO ............................................................................ 31

INFORMACIÓN DE RETORNO NO 1 ................................................................. 32INFORMACIÓN DE RETORNO NO 2 ................................................................. 35INFORMACIÓN DE RETORNO NO 3 ................................................................. 36

INFORMACIÓN DE RETORNO NO 4 ................................................................. 37INFORMACIÓN DE RETORNO NO 5 ................................................................. 40INFORMACIÓN DE RETORNO NO 6 ................................................................. 42INFORMACIÓN DE RETORNO NO 7 ................................................................. 44INFORMACIÓN DE RETORNO NO 8 ................................................................. 46INFORMACIÓN DE RETORNO NO 9 ................................................................ 48INFORMACIÓN DE RETORNO NO 10 .............................................................. 53INFORMACIÓN DE RETORNO NO 11 .............................................................. 55INFORMACIÓN DE RETORNO NO 12 .............................................................. 57

FUENTES DOCUMENTALES ............................................................................... 60


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ACTIVIDADES DE AUTOEVALUACIÓN DE LA UNIDAD UNO


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AUTOEVALUACIÓN No 1

Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 10 minutos seleccione la opción correcta para cadapregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiar este capítulo. Noavance hasta no tener claros los conceptos involucrados en estas preguntas.

1) A la región de interés, que se delimita para serestudiada desde el punto de vista delintercambio energético, se le denomina

a) Región de referenciab) Sistema termodinámicoc) Pared termodinámicad) Ambiente termodinámico

2) Corresponden a propiedades intensivas

a) Volumen y presión

b) Presión y número de molesc) Temperatura y densidadd) Presión y temperatura

3) Es una propiedad extensiva

a) Volumen específicob) Volumen molarc) Energíad) Densidad

4) El estado de un sistemas de define mediante

a) Una propiedad intensiva y otra extensivab) Dos propiedades extensivasc) Dos propiedades intensivasd) Una sola propiedad

5) Se desea estudiar los cambios que ocurren enlas propiedades de un gas almacenado en uncilindro cuando éste se expone a los rayos delsol. Para este caso el sistema que se consideradebe tener paredes

a) Rígidas y diatérmicas

b) Rígidas y adiabáticasc) Móviles y permeablesd) Móviles e impermeables

6) Una pared diatérmica permite el intercambio de

a) Materiab) Trabajoc) Calord) Energía

7) El proceso de expansión de un gas, en el interiorde un cilindro provisto de un pistón móvil,donde a presión de 100 kPa se duplica elvolumen se denomina

a) Adiabáticob) Isobáricoc) Isotérmicod) Isocórico

8) Cuando un proceso pasa por una serie deestados intermedios después de los cuales suspropiedades son iguales a las del estado inicialel proceso se denomina

a) Reversibleb) Irreversiblec) Cíclicod) Cuasiestático

9) En el diagrama VT, las líneas rectascorresponden a trayectoria

a) Isóbarasb) Adiabáticasc) Isotermasd) Isócoras

10) Luego de evaluar la integral cíclica de unafunción se determinó que era diferente de cero,por consiguiente corresponde una función dea) proceso definidob) trayectoriac) propiedad termodinámicad) punto


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Problemas de aplicación

Resuelva en forma individual o en grupo los siguientes problemas, compare los resultados con la

información de retorno. Si encuentra dificultades revise nuevamente la teoría, discuta con suscompañeros, si persiste las dudas, plantéelas en la sesión de tutoría.

1) La masa de nitrógeno que se encuentra en el interior de un cilindro vertical provisto de unémbolo de área transversal de 30 cm2, el cual se desplaza sin fricción, es de 0,7 g. Si la presiónatmosférica es de 101 kPa y sobre él se ejerce una fuerza externa de 20 N.

a) Determine el valor de la presión del gas.

b) Si en el ejemplo anterior el volumen del gas fuera de un litro, ¿cuál sería su temperatura?

c) Sí la temperatura se redujera en un 20%, manteniendo constante la presión, cuál sería laaltura que alcanzaría el émbolo?

2) En un diagrama de presión contra volumen dibuje la trayectoria para la expansión isotérmicados moles de un gas ideal que se encuentra a 25 ºC y 75 kPa si en este proceso la presión sereduce en un 40%.

3) En un diagrama PV trace las trayectorias para cada uno de los siguientes procesos que ocurrenen forma sucesiva en un sistema cerrado consistente en 2 moles de aire a condicionesestándar de presión y temperatura.

Proceso 1: isobárico hasta duplicar la temperatura inicialProceso 2: isotérmico hasta triplicar el volumen del estado inicialProceso 3: isocórico hasta reducir la temperatura al valor del estado inicialProceso 4: isotérmico hasta reducir el volumen al valor inicial.

4) La presión en el interior de tanque de paredes rígidas y diatérmicas que contiene 100 litros demetano es de 250 kPa a una temperatura de 15 ºC. Determine la masa de metano. ¿Cuál seráel valor de la presión si la temperatura se eleva a 30 ºC.? ¿Qué tipo de proceso ocurre? Tracela trayectoria en un diagrama PV y la trayectoria en un diagrama PT.

5) Una mezcla formada por 4,40 kg de gas carbónico y 7,00 kg de nitrógeno, se encuentra a 300kPa y 25 ºC en el interior de un tanque provisto de una válvula. Determine las presionesparciales de cada gas ¿Cuál será la nueva presión si se introducen 2 kg adicionales denitrógeno?


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Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 10 minutos seleccione la opción correcta para cada

pregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiar este capítulo. Noavance hasta no tener claros los conceptos involucrados en estas preguntas.

1. La ley cero de la termodinámica permiteestablecer el concepto de

a. presiónb. temperaturac. calord. energía

2. Si la temperatura en un sistema es igual entoda región del mismo se puede afirmar que elsistema

a. no puede transferir calor a los alrededoresb. tiene paredes adiabáticasc. se encuentra en equilibrio térmicod. se encuentra en equilibrio termodinámico

3. Una diferencia de 100 ºC corresponden a

a. 32 ºFb. 100 ºFc. 180 ºFd. 212 ºF

4. La propiedad que permite la medición de latemperatura en el interior de hornos enfuncionamiento es la

a. dilatación de una columna de mercuriob. la radiación electromagnéticac. la resistencia eléctricad. la conductividad eléctrica

5. El calor transferido por conducción NOdepende de

a. la conductividad térmicab. la capacidad caloríficac. la diferencia de temperaturasd. el espesor

6. La transferencia de calor por convección implicamovimiento

a. electrónicob. molecularc. iónicod. másico

7. Una propiedad necesaria para calcular el calortransferido por radiación es

a. el calor específicob. la conductividad térmicac. la emisividadd. el coeficiente de película

8. La transferencia de calor por conducción a travésde una pared aumenta cuando

a. aumenta el espesor de la paredb. aumenta la diferencia de temperaturasc. disminuye el área normal al flujod. disminuye la densidad del material

9. El método de transmisión de calor que norequiere un medio físico es el dea. Radiaciónb. Conducciónc. Convección naturald. Convección forzada

10. Un cuerpo que tiene una emisividad de 1significa que

a. no irradia calorb. no absorbe calorc. irradia la máxima energía a una

determinada temperaturad. absorbe la máxima energía posible a una

determinada temperatura


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Resuelva en forma individual o en grupo los siguientes problemas, compare los resultados conla información de retorno. Si encuentra dificultades revise nuevamente la teoría, discuta consus compañeros, si persiste las dudas, plantéelas en la sesión de tutoría.

1. Dos termómetros, uno Fahrenheit y otro Celsius, se sumergen en un líquido y ambosindican el mismo valor numérico. ¿Cuál es la temperatura del líquido en Kelvin yRankine?

2. Ud. es una persona creativa y quiere establecer su propia escala de temperaturas.Puede darle el nombre que quiera, pero por simplicidad le puede llamar “Escala

Propia” y a los grados, “gados propios (ºP)”. Si al punto de ebullición del agua se le

asigna 500 ºP y al de congelamiento del agua 100 ºP, determine la equivalencia de laescala propia con las escalas Celsius y Fahrenheit. ¿Cuál sería la escala absoluta parala nueva escala?

3. Una pared de ladrillo de 3 m de alto, 5 m de ancho y 15 cm de espesor, separa unazona fría que se encuentra a 10 ºC, del ambiente que se encuentra a 25 ºC. Si laconductividad térmica del ladrillo es 0,7 W/(m.K), calcule la tasa de transferencia decalor a través de la pared.

4. La transferencia de calor a través del fondo plano de una olla de aluminio es de 600W. Si la superficie interior se encuentra a 102 ºC y el fondo tiene 30 cm de diámetro

y 0,15 cm de espesor, calcule la temperatura de la superficie exterior, en contactocon el medio calefactor. )./(204 K mW K

Al t

5. Un objeto que se puede modelar como un cilindro de 20 cm de diámetro y 40 cm dealtura se encuentra suspendido en el centro de un salón a 600 K determine la tasa detransferencia de calor si la emisividad del objeto es de 0,8 y la temperatura delambiente es de 300 K.


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Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 10 minutos seleccione la opción correctapara cada pregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiareste capítulo. No avance hasta no tener claros los conceptos involucrados en estas preguntas.

1) El trabajo realizado por unidad de masa,durante la expansión isobárica de un gasideal, depende

a) del coeficiente de expansiónb) del cambio de temperaturac) de la fuerza y la presiónd) del número de moles

2) Si en un sistema cerrado no se presentaningún tipo de trabajo, se debe a que elproceso es

a) isobáricob) isotérmicoc) isocóricod) adiabático

3) En un diagrama PV, el trabajo durante unproceso isotérmico, se representa medianteel área bajo una línea

a) recta de pendiente positivab) recta horizontalc) curva parabólica

d) curva hiperbólica

4) Para determinar el trabajo producido al pasode corriente eléctrica por una resistencia,además de la intensidad y el voltaje serequiere conocer

a) el tiempo que dura la corrienteb) el cambio de temperaturac) el cambio de presiónd) la resistencia eléctrica

5) El trabajo gravitacional, expresado en joules,para levantar un bloque de 50 Kg hasta unaaltura de 10 m, es

a) 500b) 600c) 2.450d) 4.900

6) El trabajo realizado por una mol de gas idealque se expande desde 2 hasta 6 litros apresión constante de 100 kPa, es

a) 100 Jb) 200 Jc) 400 Jd) 600 J

7) Una semejanza entre calor y trabajo es la deque ambos son

a) propiedades de un sistemab) funciones de trayectoriac) funciones de puntod) dependientes de los estados del sistema

8) Según el convenio de signos adoptado si eltrabajo es negativo significa que

a) el sistema realiza trabajob) se pierde capacidad de trabajoc) se realiza trabajo sobre el sistemad) el sistema acumula trabajo

9) En forma general para cualquier procesopolitrópico, la presión y la temperatura serelacionan mediante la ecuación PV n = 0, donde n y C son constantes. Si n toma elvalor de 1 el proceso se considera

a) adiabáticob) isotérmicoc) isocóricod) isobárico

10) Si un mol de gas ideal, se expande atemperatura constante de 300 K hastaduplicar su volumen, el trabajo realizadoexpresado en joules, es

a) 17b) 207c) 413d) 1.726


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Resuelva en forma individual o en grupo los siguientes problemas, compare los resultados con lainformación de retorno. Si encuentra dificultades revise nuevamente la teoría, discuta con suscompañeros, si persiste las dudas, plantéelas en la sesión de tutoría.

1. Por una resistencia eléctrica circula una corriente de 5 amperios a 110 voltios durante 5minutos. Determinar el trabajo eléctrico que se disipa en forma de calor.

2. Determine la potencia que desarrolla el eje de un motor cuando alcanza 3000 rpm. Si eldiámetro del eje es de 2,54 cm y la fuerza tangencial es de 10 N.

3. Calcular el trabajo realizado sobre un sistema constituido por 0,280 kg de monóxido decarbono a 110 kPa y 400 K si el gas se comprime isotérmicamente hasta que la presiónalcanza un valor de 550 kPa.

4. Determinar el volumen final de 2 moles de metano CH4 después de un proceso isobárico siel gas inicialmente se encuentra a 330 ºC y 200 kPa y durante este proceso el gas realizaun trabajo de 90 kJ.

5. Calcular la potencia mínima que debe tener el motor de una grúa para elevar una masa de200 kg hasta una altura de 12 m en 10 segundos


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1) A la porción de materia que tiene propiedadesuniformes en toda su extensión se le denomina

a) estado uniformeb) superficie de controlc) interfased) fase

2) El número de variables intensivas,independientes entre sí, que determinan elestado de un sistema, es

a) 1b) 2c) 3d) 4

3) Cuando se adiciona calor a un sistema enequilibrio entre fase sólida y líquida de unasustancia pura,

a) aumenta su temperaturab) aumenta la masa de la fase líquidac) la energía se mantiene constanted) la masa de la fase sólida es igual a la de la

fase líquida.

4) A 200 kPa la temperatura de saturación delagua es de 120 ºC. A esa presión y unatemperatura de 115 ºC el agua se encontrarácomo

a) Líquido comprimidob) Líquido saturadoc) Vapor saturadod) Vapor sobrecalentado

5) Si a una determinada presión la entalpía delíquido saturado y de vapor saturado para unasustancia pura son 500 y 2.700 kJ/kgrespectivamente, su calor de vaporización enkJ/kg, a esa presión, es

a) 500b) 2.200c) 2.700d) 3.200

6) La calidad de una mezcla de vapor y líquido sedefine como la relación entre

a) masa de líquido y masa de vaporb) masa de vapor y masa de líquidoc) masa de líquido y masa de mezclad) masa de vapor y masa de mezcla

7) El agua es una sustancia pura que al solidificarsese expande, por lo tanto, al observar la línea deequilibrio S/L, se puede afirmar que el punto defusión

a) disminuye al aumentar la presiónb) se mantiene constantec) aumenta al aumentar la presiónd) no depende de la presión

8) Al aumentar la temperatura, la presión de vaporde un líquido

a) no cambiab) disminuyec) aumentad) no depende de la temperatura

9) La presión de vapor del agua a 150 ºC es de 476kPa, si a esa temperatura la presión se reduce a400 kPa el vapor se

a) condensab) sobrecalientac) subenfríad) enfría

10) Si R es la constante universal de los gases,entonces para un gas ideal el factor decompresibilidad “z” es

a) mayor que Rb) igual a Rc) menor que 1d) igual a 1


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Resuelva en forma individual o en grupo los siguientes problemas, compare los resultados conla información de retorno. Si encuentra dificultades revise nuevamente la teoría, discuta consus compañeros, si persiste las dudas, plantéelas en la sesión de tutoría.

1. Un tanque cerrado de 0,400 m3 contiene vapor saturado seco a una presión absoluta de2.000 kPa, si la presión se disminuye a 1.500 kPa que cantidad de vapor condensa?

2. Un recipiente de paredes rígidas que tiene un volumen de 0,180 m3 se llena con vapor a 150kPa y 300 ºC. El gas se enfría hasta 80 ºC.

a) ¿A qué temperatura comienza a ocurrir el cambio de fase?

b) ¿Cuál será la presión final?

c) ¿Qué cantidad de líquido y vapor están presentes en el estado final?

3. Utilizando la ecuación de van der Waals y la ecuación del gas ideal determine el volumenocupado por 5 kg de dióxido de carbono a 5 MPa de presión y 400 k de temperatura. Para elCO2 las constantes para la ecuación de van der Waals, a y b, son respectivamente 366kPa.m6/kmol2 y 0,0428 m3/kmol. ¿Se justifica utilizar la ecuación de van der Waals? ¿Por quérazón?

4. Un tanque de 5,0 m3 contiene 30 kg de aire a 500 kPa. Determine la temperatura a la cualdebe estar el aire empleando la ecuación de gas ideal y la ecuación de van der Waals. En estecaso ¿se justifica utilizar la ecuación de van der Waals? ¿Por qué razón?

La masa molar del aire es 28,97 kg/kmol.

Las constantes de la ecuación de van der Waals para el dióxido de carbono son:

a = 136 kPa.m6/kmol2 b = 0,0365 m3/kmol.

5. Calcular las masa de O2 y de N2 presentes en un recipiente de 50 L a 210 kPa y 90 ºC si la

presión parcial del oxígeno es el doble que la del nitrógeno.


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AUTOEVALUACIÓN No 5 Preguntas de selección múltiple

En un tiempo no mayor de 15 minutos seleccione la opción correcta para cada pregunta. Compare con la información deretorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiar este capítulo. No avance hasta no tener claros los

conceptos involucrados en estas preguntas.1) La primera ley de la termodinámica

establece que el calor es igual al trabajo enun procesoa) isobáricob) isocóricoc) adiabáticod) cíclico

2) En un proceso a presión constante el calortransferido es igual al cambio dea) temperaturab) entalpíac) energíad) energía interna

3) Cuando un gas, encerrado en un cilindroprovisto de un pistón móvil, se expande apresión constante, se puede afirmar que elgasa) realiza trabajob) cede calorc) libera energíad) pierde entalpía

4) En un proceso isocórico no se presentaningún tipo de interacciones relacionadascon

a) calorb) trabajoc) entalpíad) energía

5) A 800 kPa y 300 K la entalpía molar delnitrógeno es 8.723 kJ/kmol, si a presiónconstante se aumenta la temperatura hasta350 K, la entalpía cambia a 10.183 kJ/kmol,

entonces el calor transferido a dos kmolesde N2, en kJ, durante este proceso es

a) 730b) 1.460c) 2.920d) 5.840

6) El trabajo en un proceso isotérmico queda definidosi se conocea) el calor transferidob) la temperaturac) el cambio en la presiónd) el cambio de volumen

7) Para un gas ideal la energía interna solo es funcióndea) la presiónb) el volumenc) la temperaturad) la entalpía

8) Si a 300 K y 500 kPa la entalpía molar del metano esde 10.100 kJ/kmol, y su volumen molar es 5,0m

3/kmol, entonces a esas mismas condiciones su

energía interna debe ser igual aa) 2.500 kJ/kgb) 7.600 kJ/kgc) 12.600 kJ/kgd) 20.200 kJ/kg

9) Cuando un gas realiza trabajo en forma adiabática

sobre los alrededores, se presenta un aumento de

a) presiónb) temperaturac) volumend) energía

10) A 600 kPa y 400 K la energía interna molar del CO2 es 10.048 kJ/kmol, si el gas se enfría manteniendoel volumen constante, hasta que la energía internamolar llegue a 7.568 kJ/kmol, entonces el calorretirado de 5 kmoles de CO2,, expresado en kJ, es

a) 2.480b) 12.400c) 17.616d) 88.080


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Resuelva en forma individual o en grupo los siguientes problemas, compare los resultados con lainformación de retorno. Si encuentra dificultades revise nuevamente la teoría, discuta con sus compañeros,si persiste las dudas, plantéelas en la sesión de tutoría.

1. Calcule la cantidad de calor intercambiada entre el sistema y los alrededores durante un proceso en elcual el sistema realiza 50 kJ de trabajo y su energía interna disminuye en 40 kJ.

2. Durante un proceso cíclico una máquina recibe 1.200 kcal procedentes de una fuente a temperaturaalta y cede 800 kcal al ambiente. Determine la potencia de la máquina si realiza 40 ciclos por minuto.

3. Determine el cambio de la energía interna de un sistema cerrado si durante un proceso isobárico laentalpía del sistema aumenta en 1.000 kcal y el sistema realiza un trabajo de 1.000 kJ.

4. Calcule el calor transferido por 2,5 moles de un gas ideal durante un proceso isotérmico donde elvolumen molar aumenta al doble.

5. En un recipiente provisto de un mecanismo para mantener constante la presión se encuentran 2,0 kg devapor saturado y seco a 250 kPa. ¿Cuál será la calidad del vapor luego de ceder 2.000 kJ/kg de calor alambiente?


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Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 15 minutos seleccione la opción correcta para cadapregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiar este capítulo. No

avance hasta no tener claros los conceptos involucrados en estas preguntas.1) La variación de entalpía con respecto a la

temperatura se denomina

a) calor específicob) capacidad calorífica a presión constantec) capacidad calorífica a volumen constanted) capacidad calorífica molar

2) El calor específico a volumen constante sedefine como el cambio de una de las siguientespropiedades con respecto a la temperatura

a) entalpía específicab) entalpía molarc) energía interna molard) energía interna específica

3) Si c p y cv son los calores específicos para un gasideal a presión y volumen constante,respectivamente, se puede afirmar querespectivamente

a) c p > cv b) c p = cv

c) c p < cv d) c p + cv = R

4) El símbolo hfg representa

a) entalpía de líquido saturadob) entalpía de vapor saturadoc) entalpía de de líquido y vapord) calor latente de vaporización

5) Si el calor específico de un sólido A es mayorque el de un sólido B y a masas iguales deambos se les adiciona la misma cantidad de

calor, se puede afirmar que la temperatura finalde A es

a) mayor que la de Bb) igual a la de Bc) menor que la de Bd) indeterminada con respecto a B

6) La relación PV = K se cumple si el sistema es ungas ideal y el proceso es

a) isobáricob) adiabáticoc) isotérmicod) isocórico

7) Si kmol kJ C N p /292 , el cambio de

temperatura de un sistema formado por 5kmoles de N2, cuando a presión constante se le

suministran 5.800 kJ, es

a) 29b) 40c) 145d) 200

8) El calor, expresado en kcal, necesario paraelevar la temperatura de 200 kg de 20 a 70 ºC,es

a) 2.000b) 4.000c) 10.000d) 14.000.

9) Si se conoce la capacidad calorífica molar avolumen constante, de un gas ideal, paradeterminar el trabajo realizado por mol de gascuando se expande, es suficiente establecer elcambio de

a) presiónb) temperaturac) volumen

d) entalpía

10) El calor de fusión del hielo es de 79,7 cal/g.entonces el calor que es necesario retirar paracongelar 10 kg de hielo, esa) 7,97 kcalb) 797 kcalc) 7.970 cald) 79.700 cal


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AUTOEVALUACIÓN No 7 Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 10 minutos seleccione la opción correcta para cadapregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiar este capítulo. Noavance hasta no tener claros los conceptos involucrados en estas preguntas.

1) La expresión de la primera ley de latermodinámica aplicada a un sistema reactantebajo presión y temperatura constantes es

a) Q R = Ub) Q R = Hc) H = CpTd) U = CvT

2) La entalpía molar de cualquier elemento a 25 ºCy 1 atmósfera es igual a

a) su calor de formaciónb) a la energía interna específicac) a la energía de enlaced) a cero

3) El calor normal de formación de un compuestoes igual a su

a) energía internab) energía molarc) entalpía molard) calor específico

4) El calor normal de cualquier reacción química se

determina si, para cada uno de los productos yreactantes, se conocen los valores de sus

a) calores de formaciónb) calores específicosc) calores latentesd) capacidades caloríficas

5) La ley de Hess establece que en unatransformación química que se realiza en variasetapas, el calor de reacción es igual a laa) suma de entalpías de productos y

reactantes en cada etapab) suma de los calores de reacción en cada

una de las etapasc) diferencia de entalpías de productos y

reactantesd) diferencia de entalpías de reactantes y

productos.

6) Si en una reacción química, la entalpía de losproductos es mayor que la de los reactantes, sedice que la reacción esa) espontáneab) reversiblec) exotérmicad) endotérmica

7) Si una reacción química se realiza a volumen ytemperatura constantes, su calor de reacción esigual al cambio de

a) entalpíab) capacidad caloríficac) energía internad) calor sensible

8) Para determinar el calor de reacción dondeproductos y reactantes son sustancias orgánicases mejor utilizar

a) entalpías normales de formaciónb) calores normales de combustiónc) energías de enlaced) calores normales de formación.

9) Si se conoce que los calores de formación delCO2 y el CO son respectivamente -94,05 y -26,42kcal/mol entonces el calor de combustión delmonóxido de carbono, en kcal/mol, es

a) - 26,42b) - 67,63c) - 94,05d) -127,47

10) Si los calores de combustión del etanal y deletino son respectivamente -285,0 y -212,8

kcal/mol, el calor de reacción para la siguientereacción, en kcal/mol, es

C2H2(g) + H2O(l) CH3CHO(g)

a) 72,2b) -72,2c) -140,5d) -497,8


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Resuelva en forma individual o en grupo los siguientes problemas, compare los resultados con la

información de retorno. Si encuentra dificultades revise nuevamente la teoría, discuta con sus compañeros,si persiste las dudas, plantéelas en la sesión de tutoría.

1) A partir de los datos de calores normales de formación calcular el calor normal de reacción de lassiguientes transformaciones químicas e indique cuáles son endotérmicas y cuáles exotérmicas.

a) 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)

b) 2NaCl(s) + H2SO4(l) Na2SO4(s) + 2HCl(g)

c) CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(s)

d) 2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)

2) Calcular el calor normal de formación a partir de los datos de los calores normales de combustiónpara las siguientes sustancias.

a) Etanob) Etenoc) Ácido oxálicod) Glucosa

3) Calcular el calor normal de reacción de las siguientes transformaciones químicas, utilizando datosde calores de combustión.

a) Oxidación de metanol a metanalb) Oxidación de etanol a ácido etanoicoc) Hidrogenación del etilenod) Hidratación del etileno para producir etanol

4) Determinar la cantidad de metano que se requiere quemar para producir 20.000 kcal/hora.

5) Determinar la máxima cantidad de calor que se puede obtener durante la combustión completa,

a una atmósfera de presión (101,325 kPa) y 25 ºC de un m

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de un gas que tiene la siguientecomposición molar: 25% de propano, 15% de etano y 60% de metano.


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AUTOEVALUACIÓN No 8 Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 15 minutos seleccione la opción correcta para cadapregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiar este capítulo. Noavance hasta no tener claros los conceptos involucrados en estas preguntas.

1) Cuando en un proceso de disolución se presenta

el fenómeno de solvatación, generalmentea) la entalpía aumentab) se libera calorc) el proceso es endotérmicod) aumenta la energía interna

2) Las condiciones normales de referencia paradatos termoquímicos son

a) 0 ºC y 760 mm de Hgb) 25 ºC y 560 mm de Hgc) 298 K y 1 atmósferad) 273 K y 100 kPa

3) Si en condiciones adiabáticas se mezcla un molde H2SO4 en 10 moles de agua se presenta unaumento en

a) temperaturab) energíac) entalpíad) presión

4) Al cambio de entalpía cuando 1 mol desoluto se disuelve en n moles de solvente a

condiciones normales se le denomina

a) entalpía de diluciónb) calor de diluciónc) energía de disoluciónd) calor integral de solución

5) En termoquímica, se considera que una soluciónha llegado a dilución infinita cuando

a) hay mucho más solvente que solutob) al adicionar más solvente se libera la

máxima cantidad de calorc) al adicionar más solvente no se produce

ningún efecto térmicod) el soluto es completamente miscible en el

solvente.

Para las siguientes preguntas utilice la información

de las figuras 8-3, 8-4 y 8-5.6) Si se tienen 4 recipientes cada uno de ellos con

10 moles de agua y se adiciona respectivamenteun mol de los siguientes reactivos, NaOH, KOH,HCl, H2SO4, se presentará un mayor cambio deentalpía para ela) hidróxido de sodiob) hidróxido de potasioc) ácido clorhídricod) ácido sulfúrico

7) El calor liberado cuando un mol de amoniaco sedisuelve en 5 moles de agua es

a) 6.000 kcalb) 8.000 kcalc) 10.000 kcald) 12.000 kcal

8) El cambio de entalpía cuando 4 g de NaOH sedisuelven en 11 mL de agua es

a) -10.000 kcalb) -1.000 kcalc) 10.000 kcal

d) 12.000 kcal

9) Si a una solución formada por un mol de ácidosulfúrico y 5,5 moles de agua se le adicionan 7,5moles más de agua el calor liberado es

a) 30.000 kcalb) 16.000 kcalc) 14.000 kcald) 2.000 kcal

10) Al disolverse en agua produce un descenso en latemperatura

a) nitrato de amoniob) amoniacoc) cloruro de calciod) sulfato de magnesio


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ACTIVIDADES DE AUTOEVALUACIÓN DE LA UNIDAD DOS


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1) La segunda ley de la termodinámica permiteestablecer

a) un balance de energíab) la dirección de un procesoc) el cambio de entalpíad) el cambio de energía interna

2) Un ejemplo de un proceso reversible puede ser

a) la expansión libre de un gasb) la mezcla de dos gases idealesc) el flujo de corriente eléctrica por una

resistenciad) la compresión isotérmica de un gas

3) Uno de los principios de Carnot dice queninguna máquina térmica

a) puede tener una eficiencia del 100%b) tiene una eficiencia menor que una

máquina idealc) tiene una eficiencia mayor que la máquina

de Carnotd) tiene una eficiencia igual a la máquina de

Carnot

4) En un proceso isotérmico reversible elcambio de entropía es igual a la relaciónentre

a) calor transferido y temperaturab) calor suministrado y trabajoc) calor específico y temperaturad) cambio de volumen y trabajo

5) La propiedad que permanece constante en unproceso adiabático reversible es la

a) temperaturab) energía internac) entropíad) entalpía.

6) Al ocurrir un proceso irreversible la entropía deluniverso

a) disminuyeb) aumentac) no cambiad) no se puede determinar

7) El cambio de entropía durante el calentamientode 0,5 moles de un gas ideal a presión constantedesde 300 hasta 400 K, es

a) 0,29 Rb) 0,14 R

c) 0,29 pC

d) 0,14 pC

8) Cuando un mol de un gas A se mezcla con unmol de gas B el cambio de entropía en esteproceso es

a) 2R ln 2b) Rln 0,5c) 0,5R ln 2

d) 2R ln 0,5

9) Si el calor latente de vaporización del etanol a78,3 ºC es de 204,26 cal/g, su entropía devaporización en cal/gK, es

a) 2,61b) 0,75c) 0,58d) 0,54

10) La tercera ley de la termodinámica establece

que la entropía de una sustancia pura,perfectamente cristalina a 0 K, es

a) máximab) ceroc) menor que cerod) mayor que cero


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Resuelva en forma individual o en grupo los siguientes problemas, compare los resultados conla información de retorno. Si encuentra dificultades revise nuevamente la teoría, discuta con

sus compañeros, si persiste las dudas, plantéelas en la sesión de tutoría.

1. Determine la máxima cantidad de trabajo que puede producir una máquina ideal que trabajaentre 360 y 900 K si de la fuente de alta temperatura recibe, en forma de calor, 5.000 kJ. Calculetambién el calor que se pierde en este proceso.

2. Calcule el tiempo que se necesitaría para congelar 5,0 kg de agua que se encuentra a 25 ºC si lapotencia del refrigerador ideal que se utilizaría es de 2,0 kW.

3. Determine la potencia en kW de una bomba calorimétrica para que suministre 80.000 kJ/h si elcoeficiente de la bomba calorimétrica es de 2,5.

4. Calcule el trabajo involucrado en cada una de las etapas de un ciclo de Carnot realizado por 0,25moles de un gas ideal si inicialmente, el gas, se encuentra a 80 kPa y 17 1C, durante la

compresión isotérmica la presión aumenta hasta 100 kPa y después de la compresión adiabática,la temperatura llega a 927 1C. (Se asume para un gas ideal que γ = 1,4).5. Si un sistema formado por 2,5 moles de nitrógeno se expande isotérmicamente hasta reducir

la presión hasta la mitad del valor inicial. ¿Cuál el cambio de entropía en este proceso?.

6. En un recipiente de paredes adiabáticas se colocan en contacto 150 g de hielo a 0C con250g de agua líquida a 70C Determine el cambio de entropía.

7. Determine el cambio de entropía durante la mezcla de 15 moles de nitrógeno, 3 moles deoxígeno y 2 moles de CO2 a la presión de 1 atmósfera y temperatura de 300 K.

8. Calcule el trabajo realizado y el volumen final luego de un proceso isotérmico donde laentropía de 0,2 kmol de aire aumenta en 3,6 kJ/K si la presión inicial es 600 kPa y latemperatura 400 K.

9. Calcule la cantidad de energía que es necesario suministrar en forma de calor y el cambio deentropía para evaporar 25 Kg de agua que se encuentra como líquido saturado a 73 kPa en elinterior de un tanque donde la presión se mantiene constante.

10. Calcule la cantidad de calor retirada, el % de vapor que se condensa y el cambio de entropía,

cuando 2,0 kg de vapor de agua que se encuentran en un tanque cerrado a 150 ºC y 120 kPase enfría hasta una temperatura de 80 ºC.

DATOS

SUSTANCIA CALOR ESPECIFICO CALOR DE FUSION

H2O (s) 9 cal/(mol.K) 79.7 cal/ g

H2O(l) 18 cal / (mol.K)


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Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 12 minutos seleccione la opción correcta para cadapregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiar este capítulo. No

avance hasta no tener claros los conceptos involucrados en estas preguntas.1) En los ciclos ideales de potencia la sustancia de

trabajo es

a) el combustible gaseosob) el airec) los gases de combustiónd) la mezcla carburante

2) El funcionamiento de un motor a gasolina seestudia mediante el ciclo de

a) Ottob) Dieselc) Braytond) Rankine

3) El ciclo de Brayton se utiliza para modelar elfuncionamiento de

a) una calderab) una central termoeléctricac) un motor de 4 tiemposd) una turbina

4) Si en un ciclo de Otto la relación decompresión aumenta se puede deducir que

a) la eficiencia disminuyeb) la energía disminuyec) aumenta el trabajo producido en el ciclod) aumenta la cantidad de calor suministrado

5) En un ciclo Diesel el calor requerido sesuministra en el proceso de

a) expansión isotérmicab) expansión isobáricac) compresión isotérmicad) isocórico

6) El fluido de trabajo cambia de fase en el ciclo de

a) Carnotb) Dieselc) Braytond) Rankine

7) Mediante el ciclo inverso de Carnot se estudia elcomportamiento ideal de

a) motores y bombas térmicasb) bombas y compresoresc) refrigeradores y bombas térmicasd) condensadores y evaporadores

8) En un ciclo de refrigeración, se requiere delproceso de estrangulamiento debido a que en élse produce

a) aumento de la presiónb) aumento de la capacidad caloríficac) descenso de la temperaturad) descenso de la entalpía

9) El COP de una bomba de calor ideal que extraecalor a -13 ºC y lo cede a 27 ºC, es

a) 0.15b) 0,48c) 2,1d) 6,5

10) Si se quisiera aprovechar directamente laenergía solar con fines de refrigeración elsistema más apropiado sería

a) refrigeración por absorciónb) refrigeración de gasc) ciclo inverso de Carnotd) compresión de vapor


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1) En un ciclo ideal de Otto de aire estándar se dan las siguientes condiciones:

a) Temperatura inicial 298,0 Kb) Presión inicial 120,0 kPac) Temperatura después de la compresión adiabática 700,0 Kd) Calor suministrado 24.600 kJ/kmol

Calcule la relación de compresión, la relación de presiones máxima a mínima y la eficiencia del

ciclo.

2) Un ciclo ideal de Diesel opera con una relación de compresión de 9.0 y las condiciones inicialesson 27 1C y 92 kPa. El volumen inicial del cilindro es de 7,72 x 10-3 m3. Si al aire se le suministran4.3 kJ en forma de calor durante el proceso de expansión isobárica determine la presión ytemperatura al final de cada proceso y la eficiencia del ciclo.

3) Un ciclo de Brayton simple que usa aire como fluido de trabajo tiene una relación de presiones de12. Si el aire entra al compresor 300 K y 80 kPa, y a la turbina a 1.250 K ¿cuál será la temperaturaa la salida del compresor y a la salida de la turbina?. Determine el trabajo del compresor, eltrabajo producido por la turbina y el calor transferido durante los procesos isobáricos.

4) Calcular la potencia de una planta de vapor que trabaja con un ciclo ideal de Rankine simple entre3,5 MPa y 60 kPa. La temperatura del vapor a la entrada de la turbina es de 420 1C y el vaporcircula a través del ciclo a razón de 25 kg/s.

5) Una nevera utiliza refrigerante 12 como sustancia de trabajo y funciona mediante un ciclo idealde refrigeración por compresión de vapor entre 0.1 y 0.65 MPa. El flujo másico del refrigerante esde 0,056 kg/s. Calcular la potencia calorífica retirada del espacio refrigerado, la potencia caloríficacedida al ambiente y la potencia suministrada por el compresor.


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Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 12 minutos seleccione la opción correcta paracada pregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva a estudiar estecapítulo. No avance hasta no tener claros los conceptos involucrados en estas preguntas.

1) Si en cualquier punto de un volumen de controllas propiedades de un fluido en un instantedeterminado son iguales, se dice que el flujo es

a) estableb) uniformec) permanented) estacionario

2) El caudal volumétrico de un fluido a través deuna tubería depende de

a) densidad y área de la tuberíab) densidad y velocidadc) velocidad y diámetro de la tuberíad) velocidad y caída de presión

3) En un punto de un volumen de control la sumade la energía interna del fluido más el trabajode flujo es igual, para ese punto, a la

a) energía cinéticab) energía potencialc) energía totald) entalpía

4) Si el diámetro de una tubería se reduce a lamitad la velocidad

a) aumenta cuatro vecesb) aumenta dos vecesc) disminuye dos vecesd) disminuye cuatro veces

5) En un intercambiador de calor donde no sepresentan pérdidas de energía hacia el

exterior, el cambio de entalpía de uno de losfluidos, es igual al

a) trabajo de flujob) cambio de temperaturac) cambio de energía internad) calor transferido

6) La primera ley para un proceso de flujopermanente donde solo se encuentra undispositivo como una bomba o un compresorse expresa mediante la ecuación

a)

w = – h

b) q = h c) q – w = h d) q – w = u + pv

7) El coeficiente Joule Thomson de un gas esuna medida de la variación de la

temperatura con respecto a la presióndurante un proceso

a) isentrópicob) isoentálpicoc) isocóricod) adiabático

8) Cuando un fluido pasa a través de una tobera,experimenta un aumento de

a) entalpía

b) presiónc) energía cinéticad) energía interna

9) Al llenar un recipiente con un fluidoprocedente de una línea de carga se presentaigualdad entre la energía interna del fluido y la

a) entalpía en la línea de cargab) entalpía en el interior del recipientec) energía cinética al entradad) entropía antes de entrar al recipiente

10) Cuando se abre la válvula de un cilindro quecontiene un gas se presenta

a) aumento de entalpíab) aumento de energíac) disminución de temperaturad) disminución del volumen específico


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1. Para obtener agua caliente a 85 ºC que se requiere en un proceso de escaldado, semezclan en una cámara, vapor saturado 180 kPa y agua líquida a 180 kPa y 15 ºC. Si elagua fría se suministra a razón de 1,5 kg/s determine el caudal másico del vapor.

2. Para suplir las necesidades de agua de una planta procesadora de alimentos se bombeaagua desde un pozo a 15 metros bajo la superficie, hasta la parte más alta de la edificaciónsituada a 20 m sobre el suelo mediante una bomba de 1,5 kW, Si se descarta cualquierpérdida de energía por fricción o por transferencia de calor determine, el máximo flujo de

agua que puede mantenerse mediante este sistema de bombeo.

3. Un calentador eléctrico tiene una resistencia de 15,0 kW. Si el agua entra de manerapermanente a 14 ºC y 110 kPa, determine el flujo másico para que el agua salgacontinuamente a 65 ºC.

4. Una turbina adiabática se alimenta mediante 7,0 kg/s de vapor sobrecalentado a 400 ºC y10 MPa. El vapor sale a 75 kPa y con una calidad del 90%. Si se desprecian los cambios deenergía cinética y de energía potencial, determine la potencia de la turbina.

5. Un cilindro de paredes metálicas inicialmente vacío y tiene una capacidad de 0,20 m3, secarga con oxígeno proveniente de una línea de llenado a 200 kPa y 10 ºC hasta que la

presión en el cilindro llega 200 kPa. Determine la temperatura y la masa en el interior delcilindro después del proceso.


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Preguntas de selección múltiple. En un tiempo no mayor de 10 minutos seleccione la opción correcta para cadapregunta. Compare con la información de retorno. Si el resultado es inferior al 70%, vuelva repasar los conceptosinvolucrados en cada una de las preguntas que no respondió acertadamente.

1) Una de las propiedades de la leche, necesariaspara determinar el calor requerido durante lapasterización, es su

a) entropíab) volumen específicoc) calor latented) calor específico

2) La temperatura en el interior de un autoclave,lleno con vapor saturado, se determina si seconoce

a) la presiónb) la velocidad del vaporc) el flujo másico del vapord) el calor de vaporización

3) El funcionamiento de un compresor se modelamediante un ciclo donde la etapa decompresión es un proceso adiabático reversible,por tanto la propiedad que se mantieneconstante en este proceso es

a) entalpía

b) entropíac) temperaturad) presión

4) La expansión de un gas al atravesar unorificio o conducto capilar, implica unadisminución de

a) volumen específicob) entalpíac) temperaturad) entropía

5) En la elaboración industrial del bocadillo seutilizan marmitas abiertas con camisa de vapor,la energía necesaria para la evaporación, enestos casos procede directamente de laa) condensación del vaporb) combustión de un combustiblec) expansión del vapord) entalpía de la solución

6) La relación entre la presión parcial del vapor deagua en el aire atmosférico y la presión de vapordel agua a una determinada temperatura sedenomina

a) humedad específicab) humedad relativac) fracción molard) presión de saturación

7) Si la temperatura del aire permanececonstante y su temperatura de bulbo

húmedo disminuye, significa que

a) la humedad del aire aumentab) la entalpía del aire aumentac) la presión de saturación disminuyed) la presión parcial de H2O disminuye

8) Si la humedad específica del aire es constante,al enfriarse, aumenta

a) el punto de rocíob) la presión de vapor del aguac) la humedad relativad) el volumen específico

9) El aire atmosférico se satura más fácilmentecuando

a) se calienta y humidificab) se enfría y se humidificac) solo se enfríad) solo se humidifica

10) La temperatura de bulbo húmedo de unamezcla aire-vapor de agua, permanece

constante, durante un proceso de

a) expansión adiabáticab) calentamiento con humidificaciónc) enfriamiento a humedad constanted) enfriamiento adiabático e isobárico


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1. Cuando a un flujo permanente de aire seco se suministra una potencia calorífica de 30 kW, apresión constante, el gas se calienta desde 20 ºC hasta 110 ºC. Si el cp promedio en este rangode temperaturas puede tomarse como 1,0045 kJ/(kg.K) ¿cuál será el caudal másico del gas.

2. A una marmita para escaldado de vegetales, llega vapor saturado seco a 150 ºC y sale con unacalidad del 60%. Determinar la cantidad de de vapor que sería necesario utilizar en el procesode elevar la temperatura de 250 kg de agua desde 15 hasta 70 ºC si la presión se mantieneconstante en 1 atmósfera.

3. La lectura de los manómetros en una línea de vapor, se encuentra relacionada con latemperatura y el estado de saturación del vapor. Calcular la presión que debe registrar elmanómetro de un autoclave, en un sitio donde la presión atmosférica es de 75,0 kPa, paraque la temperatura en el interior sea de 130 ºC? Si en ese sitio la presión que se lee en elmanómetro es de 200,0 kPa, cuál será la temperatura?

4. Se desea conocer la cantidad de agua y el calor retirado por kg de aire seco en una unidad deacondicionamiento de aire si se conoce que el aire entra a una temperatura de 32 ºC, presiónde 101,3 kPa y humedad relativa del 80%; el aire sale a una temperatura de 15 ºC, presión de95,0 kPa y 40% de humedad relativa.

5. Se desea concentrar por evaporación 100,0 kg/h de un jugo que contiene un 5% de sólidoshasta aumentar la concentración al 30% para lo cual se insufla, en el líquido, aire encontracorriente a 50 ºC, 1,0 atmósferas y 5,0 % de humedad relativa; si el aire se enfríaadiabáticamente y sale saturado ¿qué flujo másico de aire se necesita?

Figura 1: Evaporación por contacto directo con aire


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INFORMACIÓN DE RETORNO


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INFORMACIÓN DE RETORNO No 1

Respuestas a preguntas de selección múltiple

1. b 2. d 3. c 4. c 5. a

6. c 7. b 8. c 9. a 10. b


1. a) La presión del gas es igual a la suma de la presión atmosférica más la presión ejercidapor la fuerza externa. A su vez esta presión es igual a la fuerza sobre el área transversal.

kPa Pa

kPa

m

cm

cm

N kPa P P P ext atm 7,107)

000.1

1)(

1

000.10(

30

20101

2

2

2

b) Se utiliza la ecuación de estado para determinar la temperatura

K

K mol

J

mol g

g m Pa

nRV P T 4,518

).

(31,8)/28

7,0(

001,0.700.107 3

11

1

c) K K T T 7,414)4,518(8,08,0 12

Lm Pa

K K mol J V 8,00008,0

700.107

)7,414)(./31,8(025,03

2

cmcm

cm

A

V

h 7,2630

800

2

3

2. Lm Pa

K K mol J mol V 66066,0

000.75

)298)(./31,8(23

1

kPakPa P 45)75)(40,01(2

LkPa

LkPaV 110

45

)66)(75(2


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33


Diagrama PV para el proceso isotérmico

3. La secuencia de procesos conforman un proceso cíclico. Para trazar la trayectoria se debendeterminar las condiciones de presión y volumen iniciales y en cada uno de los estadosintermedios.

K T atm P molesn 27312 11

Lmol

LmolesV 8,44)1

4,22)(2(1

K K T T atm P P 546)273(221 1212

L LV V 6,89)8,44(22 12

L LV V T T 4,134)8,44(33 1323

atm L Latm

V V P P 67,0

4,134)6,89)(1(

3

223

1434 T T V V

atm K

K atm

T

T P P 33,0

546

)273)(67,0(

3

434


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Diagrama PV para el proceso cíclico

4. moleskmol

K K kmol kJ

mkPa

RT

PV n 4,100104,0

)288)(./31,8(

)1,0)(250( 3

g mol

g molesmCH 4,166)1

16)(4,10(4

Ya que las paredes del tanque son rígidas el proceso que ocurre es isocórico, por tanto

kPa K

K kPa

T

T P P V V 263

288

)303)(250(

1

21212

Diagrama PV - Proceso isocórico Diagrama PT - Proceso isocórico

5. Para calcular la presión parcial de cada gas es necesario determinar el número de moles yla fracción molar de cada uno de ellos.

moles g

mol g n N 250)28

1)(000.7(

2


35/60

35


moles g

mol g nCO 100)44

1)(400.4(

2

29,0350

10071,0

350

25022

moles

moles x

moles

moles x CO N

kPakPa P x P N N 213)300(71,022

kPakPa P x P COCO 87)300(29,022

Asumiendo que las paredes del sistema son rígidas y que la temperatura se mantiene constante lapresión será directamente proporcional al número de moles. Entonces se calcula el número demoles de nitrógeno adicionales y con ese dato se determina el nuevo número de moles totales y lapresión final.

molesnmoles g

mol g n totales N 4,4214,713504,71)28

1)(000.2(

2

kPamoles

moleskPa P 2,361

350

)4,421)(300(



1. b 2. c 3. c 4. b 5. b6. d 7. c 8. b 9. a 10. c


1.

40160416059

)32)(9/5( ºººº

T T T T

T T T siT T F C F C

RT

K T

R

K

67,41967,45940

15,23315,27340

2. C P C P C

P T T T T T

T ºººº

º

º 4100440100

100500

1004 ºº C P T T


36/60

36


F P

F

P T T T

T ºº

º

º )9/20(9

20

32212

100500

640209009 ºº F P T T

)32)(9/20(100 ºº F P T T

926020 ºº

F P T T

3. En primer lugar se debe calcular el área de transferencia y remplazar los valores en laecuación para la tasa de transferencia de calor por conducción.

215)5)(3( mmm A

W m

K m

K m

W

x

T Ak Q t 1050)

15,0

15)(15)(

.(7,0. 2

4. La forma de transmisión de calor es la de conducción por lo tanto se despeja el cambio detemperatura de la ecuación 23, correspondiente a la tasa de transferencia de calor para laconducción.

222 071,0)2

3,0( m

m R A

C K m K mW

mW

Ak

xQT

t

º062,0062,0)071,0))(./(204(

)0015,0)(600(2

.

Dado que la temperatura de la superficie exterior debe ser mayor que la de la superficie

interior erior exterior T T T int luego T superficie exterior = 102,062 ºC

5. Si el objeto se puede considerar como un cilindro, debe irradiar calor desde todas lascaras, entonces se debe calcular el área correspondiente a la superficie total.

222 565,0)40,0)(20,0(2)2

20,0(2)2()(2 mmm

m L R R A

])300()600)[(565,0)(./(1067,5(8,0)( 44242844. K K m K mW xT T AQ alr s

W Q 114.3.



1. b 2. c 3. d 4. a 5. b6. c 7. b 8. c 9. d 10. d


1. J s

s

C V VIt W 000.165)

min

60min)(5)(5)(110(

)./

(

204)0015,0)(600(.

K A m W

m W A k

x Q T t


37/60

37


2. m N cm

mcm N r F .127,0)

100

1)(

2

54,2)(10(.

)60

min1(

min)1(

).127,0)(000.3(222 .

s

m N giros

t

nW nW

W W 40.

3. moles g

mol g nCO 10)28

1)(280( )ln()ln(

2

1

1

2

P

P nRT

V

V nRT W

J kPa

kPa K

K mol

J molesW 498.53)

550

110ln()400)(

.31,8)(10(

4. 1212 )( V P

W

V V V P W

Lm Pa

K K mol

J mol

V 50050,0000.200

)273330)(.

31,8)(2(3

1

L Lm

L

kPa

kJ V 50050)

1000)(

200

90(

32

5. kW W s

m smkg t mgyW 35,2352.2

10)12)(/8,9)(200(

2

.



1. c 2. b 3. b 4. a 5. c6. d 7. a 8. c 9. b 10. d


1. 0,1000.240040,0 3 xkPa P LmV

La masa y el volumen del sistema permanecen constantes ya que se trata de un sistemacerrado de paredes rígidas. Por lo tanto el volumen específico debe mantenerse también


38/60

38


constante. El volumen específico se determina mediante las tablas de vapor saturado osoftware de propiedades termodinámicas del agua como “PROPAGUA” o “WASP for

windows”.

kg mv /0996,0 3 a la presión de 2.000 kPa

A la presión de 1.500 kPa 001154,0,1318,0 f g vv entonces

7535,0001154,01318,0

001154,00996,0

x

kg kg m

m

v

V m inicial vapor 016,4

/0996,0

40,0

3

3

kg kg m final vapor 026,3016,4)7535,0(

kg kg kg m condensadovapor 99,0026,3016,4

2. A 150 kPa la temperatura de saturación es de 111,37 ºC, luego a 300 ºC el vapor seencuentra como vapor sobrecalentado y el volumen específico a las condiciones estascondiciones es de 1,7570 m3/kg, encontrado por medio del software PROPAGUA.

a. Este volumen específico permanece constante, por lo tanto para determinar latemperatura y presión a las cuales se debe presentar el cambio de fase se busca en lastablas o con ayuda del software las condiciones de saturación para las cuales elvolumen específico de vapor saturado sea de 1,7570 estas condiciones son: presión de96,15 kPa y temperatura de 98,5 ºC.

b. A 80 ºC la presión de saturación es de 47,4 kPa

c. A las condiciones finales los volúmenes específicos del vapor y del líquido sonrespectivamente 3,4087 y 0,001029 m3/kg. Con estos datos se calcula la calidad delvapor

5037,0001029,04087,3

001029,07570,1

x . Lo cual significa que a 80 ºC hay

aproximadamente la misma cantidad de vapor que de líquido.

kg kg m

mm inicial vapor 102,0

/7570,1

180,0

3

3

kg kg m final vapor 0514,0102,0)5037,0(

kg kg kg mlíquido 0506,00514,0102,0

3. Utilizando la ecuación de gas ideal se calcula el volumen molar


39/60

39


kmol mkPa

K K kmol mkPa

P

RT V /6651,0

000.5

400)../.(314,8 33

Para calcular el volumen utilizando la ecuación de estado se recurre al método de ensayo y

error donde se busca el volumen molar para el cual la presión se aproxime a 5.000 kPa.Como los cálculos son repetitivos se recomienda utilizar una hoja electrónica de cálculo.Se comienza con el volumen molar encontrado por la ecuación de gas ideal y se disminuyeo aumenta convenientemente hasta alcanzar la condición indicada.

kPakmol m

kmol mkPa

kmol m

K k kmol mkPa

V

a

bV

RT P 517.4

))/(6651,0(

)/.(366

)/)(0428,06651,0(

400)../.(314,823

26

3

3

2

Volumen molar

m3/kmol

PresiónkPa

0,6651 4.517

0,5900 5.0260,5910 5.018

0,5930 5.003

0,5932 5.0020,5935 4.999,8

0,5934 5.000,5

En consecuencia el volumen molar del CO2 a 5 MPa y 400 K es de 0,5935 m3/kmol

Por otra parte kmol kg

kmol kg n 1136,0)0,44

1(5 y con los datos anteriores se calculan

lo volúmenes.

33

0756,0)(6651,0).1136,0( mkmol

mkmol V ideal gas

33

0674,0)(5935,0).1136,0( mkmol

mkmol V real gas

Entre los dos datos se presenta una desviación de más del 12% lo cual justifica lautilización de las ecuaciones de gases reales. Sugerencia, calcule el volumen molarutilizando las otras ecuaciones de estado para gases reales y obtenga sus propiasconclusiones.

4. kmol kmol kg

kg

n 0356,1/97,28

30

K K kmol mkPakmol

mkPa

nR

PV T 4,290

)./.314,8)(0356,1(

)5)(500(

3

3

kmol mkmol

mV /8281,40356,1

53

3


40/60

40


))/8281,4(

/.(136000.20(

)./.(314,8

)/)(0428,08281,4()(

)(23

26

3

3

2 kmol m

kmol mkPakPa

K kmol mkPa

kmol m

V

a P

R

bV T

K T 1,291

En este caso no se justifica utilizar la ecuación de estado de van der Waals o cualquier otra

ecuación de estado para gases reales ya que la desviación es menor del 1%.

5. A 363 K y 210 kPa tanto el oxígeno como el nitrógeno se pueden considerar como gasesideales ya que la temperatura es muy superior a las temperaturas críticas y la presión estámuy por debajo de las presiones críticas. Por lo tanto el número de moles totales se puedecalcular utilizando la ecuación de estado de gas ideal.

222222 N O N O nn P P si

moleskmol k kmol mkPa

mkPa

RT

PV n 478,3003478,0

)./.(314,8

)050,0)(210(3

3

478,322 N O nnn

478,3222 N N nn

molesn N 159,13

478,32

molesmolesnO 319,2)159,1(22

g mol g molesmO 20,74)/0,32)(319,2(2

g mol g molesm N 45,32)/0,28)(159,1(2



1. d 2. b 3. a 4. b 5. c6. a 7. c 8. b 9. c 10. b


1. ?Q kJ W 50 kJ U 40

kJ kJ kJ W U Q 105040

El signo positivo indica que se transfiere calor al sistema.


41/60

41


2. kcal Q 200.11 kcal Q 8002

La primera ley establece que

kcal kcal QQQcicloWciclo 400)800200.1(21

kW kcal

kJ

suto

ciclos

ciclo

kcal W 117.1)187,4)(

min60)(

min40)(400(

..

3. ?U kcal H 000.1 kJ W 000.1

Si la presión permanece constante entonces H Q

El cambio de emergía interna se calcula a partir de la primera ley

kcal kJ

kcal kJ kcal W H W QU 761)187,4

1)(000.1()000.1(

4. molesn 5,2 )ln(1

2

V

V nRT QW cteT 12 2V V

kJ moles

kmol K

K kmol

kJ molesW 475,52ln)

000.1

1)(380)(

.314,8)(5,2(

5. Como el proceso que se realiza es isobárico, la primera ley establece que el calor transferido

es igual al cambio de entalpía. En las tablas de vapor o utilizando cualquier software sobrepropiedades termodinámicas del agua se determina el valor de la entalpía inicial bajo laconsideración de que la calidad del vapor inicial es igual a 1. Al ceder calor al medio ambiente,el vapor se condensa, hasta alcanzar un nuevo valor de entalpía, el cual se determinamediante el calor transferido. Con este valor y con las condiciones de saturación se encuentrala calidad al final del proceso.

m

Qhhhhm H Q 1212 )( kg kJ hh g /4,716.21

kg kJ kg

kJ Kg kJ h /4,716.1

0,2

)000.2()/4,716.2(2

kg kJ h f /4,535

54,04,5354,716.24,5354,716.1

x


42/60

42




1. b 2. d 3. a 4. d 5. b6. c 7. b 8. c 9. b 10. b


1. Si no hay intercambio de calor con el medio exterior se puede considerar que todo el calortransferido por la leche caliente es igual al ganado por la leche fría. Por otra parte, debidoal contenido de grasa, el calor específico de la leche entera es diferente del calorespecífico de la leche descremada; estos valores se obtienen de la tabla de caloresespecíficos para algunos alimentos.

descremadaleche por cedidoCalor Q

enteraleche por ganadoCalor Q

d l

el

.

.

d l el QQ ..

)()( ...... d l ed pl d l el ee pl el t t cmt t cm

e pl el d pl d l

el e pl el d l d pl d l

ecmcm

t cmt cmt

....

......

C C kg kcal kg C kg kcal kg

C C kg kcal kg C C kg kcal kg t e º7,53

).º/74,0(30).º/95,0(170

)º5)(.º/74,0(30)º60)(.º/95,0(170

2. Para calcular el calor necesario se debe primero calcular la cantidad de agua evaporada.

kg kg m sólidos 5,87)250(35,0 kg kg kg m inicial agua 5,1625,87250

kg kg

m final agua 3,586,0

)4,0(5,87 kg kg kg m evaporadaagua 2,1043,585,162

A 75 kPa h g = 2663 y h f = 384 de tal manera que h fg =2.279 kJ/kg

Luego kJ kg kJ kg mhQ fg 472.237)/279.2)(2,104(

3. kcal C C C kg kcal kg t t cmQ aceite paceite 240.2)º18º130)(.º/40,0)(50()( 12

Utilizando el software “propagua” se encuentran los valores de la entalpía inicial y de la

entalpía final. Si se suponen despreciables las pérdidas de calor, el cambio de entalpía del

vapor debe corresponder al calor necesario para elevar la temperatura del aceite.kg kJ h /775.21 kg kJ h /17362 kg kJ h /1039

kg kcal

kJ

kg kJ

kcal

h

Qmvapor 5,10)

187,4)(/039.1

240.2(

4. K T 2931 , kPa P 4001 , LV 302 , moles g

mol g n 5,2)28

1)(70(


43/60

43


LmkPa

K K kmol mkPakmoles

P

nRT V 2,150152,0

400

)293)(./.314,8)(0025,0(3

3

1

11

Como el proceso es adiabático

2211 V P V P

2

112

V

V P P

4,1./9,4

./9,6

K mol cal

K mol cal

C

C

v

p

kPa L

LkPa P 4,154

)30(

)2,15)(400(

4,1

4,1

2

K m K kmol mkPakmol

kPam

nR

P V T 223

)./.3,8)(0025,0(

)4,154)(030,0(3

3

3

222

El trabajo en un proceso adiabático se puede calcular ya sea en función de lastemperaturas, ecuación 130 o en función de presión y volumen. Ecuación 133.

)293223)(./9,4(5,2)( 1221 K K K mol cal molesT T C nW v

J cal

J cal cal W 590.3)1

187,4(5,8575,85721

o también4,11

)0152,0(400)030,0(4,154

1

33

112221

mkPamkPaV P V P W

kJ W 62,321

El signo positivo indica que el sistema realiza trabajo.

5. kmolesn 020,0 kPa P 501 K T 3001

3

3

1 998,050

)300)(./.314,8)(020,0(m

kPa

K K mol mkPakmol V

33

2 597,1)998,0)(60,1( mmV K m

m K

V

V T T 480)

998,0

597,1(300

3

3

1

212

kJ mkPaV V P W 9,29)998,0597,1(50)( 31221

kJ K K kmol kJ kmol T T C nU v 2,88)300480)(./5,24(02,0)( 12

kJ K K kmol kJ kmol T T C n H p 9,119)300480)(./3,33(02,0)( 12


44/60

44




1. b 2. d 3. c 4. a 5. b6. d 7. c 8. b 9. b 10. a


1. a) o fNH o

O fH

o

fNO

o

R g g g H H H H

)(3)(2)(464 La entalpía molar del oxígeno por tratarse

de un elemento es igual a cero. Buscando los valores de los calores de formación en las tablasse obtiene:

kcal mol kcal mol kcal mol kcal H o R 8,214)/04,11(4)/80,57(6)/60,21(4

El signo negativo indica que la reacción es exotérmica

b)

)/91,193()/23,98(2)/06,22(2)/90,330( mol kcal mol kcal mol kcal mol kcal H o R

kcal H o R 35,15 . El signo positivo indica que la reacción es endotérmica

c) kcal mol kcal mol kcal mol kcal H o R 58,15)/32,68()/90,151()/80,235(

Reacción exotérmica

d)

)/5,226(2)/80,57()/05,94()/3,270( mol kcal mol kcal mol kcal mol kcal H o

R

85,30 o

R H Reacción endotérmica

2. a) Reacción de combustión del etano C2H6(g) + (7/2)O2(g) 2CO2(g) + 3H2O (g) o

H C C

o

O H f

o

CO f

o

H C f H H H H 622262 32 mol kcal H o

H C C /82,37262

)/82,372()/32,68(3)/05,94(262 mol kcal mol kcal mol kcal H o

H C f

mol kcal H o

H C f /24,2062

b) Reacción de combustión del eteno C2H4(g) + 3O2(g) 2CO2(g) + 2H2O (g) o

H C C

o

O H f

o

CO f

o

H C f H H H H 422242

22 mol kcal H o

H C C /23,33742

)/23,337()/32,68(2)/05,94(242 mol kcal mol kcal mol kcal H o

H C f

mol kcal H o

H C f /49,1262

c) Reacción de combustión del ácido oxálico H2C2O4(g) + ½O2(g) 2CO2(g) + H2O (g) o

OC H C

o

O H f

o

CO f

o

OC H f H H H H s 42222)(422 2 mol kcal H o

H C C /82,5842

)/82,58()/32,68()/05,94(2)(422

mol kcal mol kcal mol kcal H o

OC H f s


45/60

45


mol kcal H o

OC H f s /6,197)(422

d) Reacción de combustión de la glucosa C6H12O6(g) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O (g) o

O H C C

o

O H f

o

CO f

o

O H C f s s H H H H )(612622)(6126 66 mol kcal H o

O H C C s /673)(6126

)/673()/32,68(6)/05,94(6)(6126 mol kcal mol kcal mol kcal H

o

O H C f s

mol kcal H o

OC H f s /2,301)(422

3. a) Reacción CH3OH(l) + ½O2(g) HCHO(g) + H2O(l)o

HCHOC

o

OH CH C o

R g l H H H )()(3

98,38)/67,134()/65,173( mol kcal mol kcal H o R

b) Reacción C2H5OH(l) + O2(g) CH3COOH(l) + H2O(l)o

COOH CH C

o

OH H C C o

R l l H H H )(3)(52

mol kcal mol kcal mol kcal H o R /36,118)/34,208()/70,326(

c) Reacción C2H4(g) + H2(g) C2H6(g) o

H C C

o

H C

o

H C C o

R g g g H H H H )(62)(2)(42

mol kcal mol kcal mol kcal mol kcal H o R /73,32)/82,372()/32,68()/23.337(

d) Reacción C2H4(g) + H2O(l) C2H5OH(l)

o

OH H C C

o

H C C o

R l g H H H )(52)(42

mol kcal mol kcal mol kcal H o R /53.10)/70.326()/23.337(

4. El calor de combustión del metano es -212,80 kcal/mol entonces la masa de de metanonecesaria para producir 20.000 kcal/hora será igual a:

g mol

g

mol kcal

hkcal m 504.1)

16(

/80,212

/000.20

5. Los calores de combustión del propano, etano y butano que aparecen en las tablas sonrespectivamente 530,60, 372,82 y 212,80 kcal/mol. Se calcula el número de moles y sedetermina las moles de cada gas, el calor producido será igual a la suma del calor aportado porcada gas.

moles K K mo Latm

Latmn 9,40

)298)(./.(082,0

)000.1)(1(

molesmolesn prop 2,10)9,40(25,0

kcal mol kcal molesQ prop 5,428.5)/60,530)(2,10(


46/60

46


molesmolesnet 1,6)9,40(15,0

kcal mol kcal molesQet 5,288.2)/82,372)(1,6(

molesmolesnmet 6,24)9,40(60,0

kcal mol kcal molesQmet 1,525.5)/80,212)(6,24(

kcal kcal Q 1,242.13)1,525.55,288.25,428.5(



1. b 2. c 3. a 4. d 5. c6. c 7. b 8. b 9. d 10. a


1. kmol kmol kg

kg n O H 10

)/(18

180

2 kmol

kmol kg

kg n KOH 2

)/(56

112

Relación de disolución kmol kmol

kmo

CUESTIONARIO TERMO UNAD

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