Agua 25 °C

Aire

12 m

Po = 100 kPa

1er Previo de Termodinámica 12 I-10

1. Un sistema cilindro embolo con Acil=0.01 m2 y mp = 101 kg, contiene 1 kg de agua a 20 ºC con un volumen de 0.1 m3, inicialmente el pistón descansa sobre unos topes a la atmosfera Po=100 kPa. Determine la temperatura en el momento en que se empieza a levantar el embolo. Si este es calentado hasta vapor saturado determine la temperatura final y el trabajo hecho.

2. Un recipiente de 0.032068 m3, contiene 1 kg de R134ª a 110 ºC. Determine la presión con base en: a) la ecuación del gas ideal, b) la carta de compresibilidad y c) las tablas de propiedades.

3. En un sistema cilindro embolo se expande aire en un proceso politrópico de 400 kPa y 600K a 150 kPa y 400K. determine el exponente politrópico n, el trabajo y la transferencia de calor específica.

4. Refrigerante 134ª es contenido en un arreglo cilindro-embolo a 0.8 MPa y 180ºC con él embolo contra los topes, en este punto el volumen es de 0.6 m3. La cara encima del pistón es conectada por una válvula a una línea de aire a 20ºC y 500 kPa. Todo el sistema toma la temperatura de los alrededores de 20ºC, determine: a) el trabajo realizado, el calor transferido y muestre el proceso en un diagrama p-v.

1. Un pistón encierra 2 kg de agua dentro de un volumen inicial de 0.02 m3, la temperatura inicial es de 50 oC. El pistón se despega de los topes a la presión de 1.0 MPa. El agua se calienta desde su estado inicial hasta un estado final donde la temperatura es de 200 oC. A) grafique el proceso en un diagrama P-v, B) que volumen ocupa el líquido en el estado inicial y cuando el pistón se despega de los topes.

1. Una olla a presión contiene agua a 120 ºC, siendo el volumen de líquido 1/10 del volumen de vapor, ésta es ahora calentada hasta la presión de 2.2 MPa. Determine: a) la temperatura final. b) si el estado final tiene más o menos vapor que el estado inicial. (1.2).

2. Un Cilindro de 12 m de alto, con un área de 0.1 m2, tiene un pistón de masa despreciable con agua a 25 °C encima de este, Aire a 300 K y volumen de 0.4 m3, debajo del embolo es calentado de tal manera que el pistón se mueve hacia arriba derramando el agua. Determine la transferencia de calor al aire cuando toda el agua ha sido derramada. (2.0)

3. Un dispositivo cilindro embolo contiene 0.5 m3 de vapor de agua inicialmente saturado a 220 kPa. en ese estado el embolo esta descansando sobre un conjunto de topes y la masa del embolo es tal que se requiere una presión de 350 kPa para moverlo. ahora se transfiere calor hacia el vapor hasta que un volumen 90% mayor. Muestre el proceso en un diagrama P-v respecto a las líneas de saturación y determine a) la temperatura final, b) el trabajo hecho durante el proceso, c) la transferencia total de calor.

4. Refrigerante 12 es contenido en un arreglo cilindro - embolo a 1.6 MPa y 170ºC con él embolo contra los topes, en este punto el volumen es de 0.6 m3. La cara encima del pistón es conectada por una válvula a una línea de aire a 15 ºC y 500 kPa. Todo el sistema y los alrededores toman ahora la temperatura de 15 ºC, determine: a) el trabajo realizado, el calor transferido y muestre el proceso en un diagrama p-v. (2.0)

5. Vapor de agua a 1 MPa y 250 ºC fluye a través de una tubería, dos recipientes rígidos, c/u con una capacidad de 0.03 m3, están conectados a esta tubería mediante tubos que están cerrados por válvulas. El recipiente A inicialmente esta vacío, mientras que el recipiente B contiene vapor a 0.5 MPa y 250 ºC. ambos recipientes tienen paredes conductoras de calor y están inmersos en un baño a temperatura constante de 250 ºC. la válvula en la entrada de cada recipiente se abre hasta que cada cámara contiene vapor a 1 MPa y 250 ºC. Calcule a) la masa de agua inicialmente en el recipiente B. b) la masa de agua final en cada uno de los recipientes. c) el volumen de vapor de agua a 1 MPa y 250 ºC admitido en cada uno de los recipientes. (2.0)

6. Una olla a presión contiene agua a 100 ºC, siendo el volumen de líquido 1/10 del volumen de vapor, ésta es ahora calentada hasta la presión de 2 MPa. Determine: a) la temperatura final. b) si el estado final tiene más o menos vapor que el estado inicial. (1.0)

7. A una cámara de mezcla entran 2 kg/s de R134a a 500 kPa y 4 °C, otro flujo de R134a a 6 bar y 50 °C se hace pasar por un dispositivo de estrangulamiento antes de entrar a la cámara de mezcla a 500 kPa. Si la mezcla sale de la cámara como liquido saturado a 5 bar y la cámara recibe calor a razón de 4 kJ/s, determine el flujo de refrigerante sobrecalentado que entra a la

BAInicialvacío

Baño a temperatura constante

Vapor de agua

cámara. Si el conducto de salida tiene un diámetro de 4.5 cm, determine la velocidad de salida en m/s. (2.0)

8. Una vasija a presión de 0.5 m3 contiene agua saturada a 300 ºC, siendo el volumen de líquido 1/2 del volumen total, lentamente desde el fondo se extrae liquido y se transfiere calor de modo que la temperatura se mantiene constante, Determine el calor que debe añadirse hasta que se haya extraído la mitad de la masa total. (1.0)

2- Un cilindro de 0.25 m de diámetro interior provisto de un embolo móvil contiene un gas. A través de la resistencia eléctrica sometida a una diferencia de potencial de 110 V, circula durante 50 s una corriente de 3 amperios, en este proceso una fuerza constante F = 8000 N actúa sobre el embolo, al finalizar el embolo se ha desplazado 0.3 m. determine el trabajo absorbido o cedido por el sistema en el proceso, dibuje el proceso en un diagrama P-v. (1.0)

3- Un tanque rígido contiene 11 kg de aire a 125 kPa y 25ºC. se añade más aire al tanque hasta que la presión y la temperatura aumentan a 280 kPa y 37ºC respectivamente. Determine la cantidad de aire añadido al tanque.

1. Tres bloques de cobre en un recipiente rígido y aislado están a temperaturas distintas. Al intercambiar calor para llegar a la misma temperatura sus energías almacenadas cambian en –260 kj, +140 kj, y +100 kj. En el recipiente solo hay aire, determine el E del aire.

2. Dos tanques rígidos están conectados por medio de una válvula. El tanque A contiene 0.2 m3 de agua y 350 kPa y una calidad del 80 por ciento. El tanque B contiene 0.5 m3 de agua a 180 kPa y 250oC. La válvula se abre y con el tiempo los dos tanques alcanzan el mismo estado. Determine la presión y la cantidad de calor transferido cuando el sistema alcanza el equilibrio térmico con los alrededores a 25oC.

3. Se Calienta una masa de 2 kg de vapor de agua a 10 MPa y 160 ºC a presión constante hasta alcanzar 250 ºC y luego se enfría a volumen constante hasta 4 MPa. Calcule las magnitudes y sentidos de las transferencias de calor y trabajo en c/u de estos procesos.