Problemas Propuestos 2
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TERMODINAMICA 2014
PROBLEMAS PROPUESTOS
CAPITULO 1
Problema 19: Convierte al SI de unidades
a) 6 ft*0.3048m / 1 ft = 1.8288 m
b) 4 in3 * 16.39cm3 / 1 in3 = 65.56 cm3
c) 2 slugs *14.59 kg / 1 slugs = 29.18 kg
d) 40 ft-lbf * 1.356 N.m / 1 ft-lbf = 54.24 N.m
e) 2000 ft-lbf/sec * 1.356 W / 1 ft-lbf/sec =2.712 w
f) 150 hp * 0.746 kw / 1 hp = 111.9 kW
g) 10ft3/sec * (0.02832 m3/s)*(1 ft3/sec) =0.2832 m3/s
Problema 23:Calcúlese la fuerza necesaria para acelerar hasta 100 ft/sec2, verticalmente y hacia arriba, un cohete de
20000 lbmf.
g=32.2 ft/sec2
F- 20000= (100) 20000
32.2 ft /sec 2
F=82111.8 lbf
Problema 24:Obténgase la aceleración de:
a) Un cohete de 2.200kg b) Un coche de 1.100kg, si de repente se pisan los frenos de modo que patinan la cuatro ruedas, el coeficiente de
fricción sobre el asfalto seco es n = 0.6 (n =F/N siendo N la fuerza normal y F la fuerza de fricción
20000lb
F FR =m.a
TERMODINAMICA 2014
Solución “a”: FR=m.a
12949.2Kg.m
s2=2200Kg.a
a =5.886m/ s2
Solución “b”:
12949.2Kg. m
s21100Kg.a
a=5.886m/ s2
Problema 27: Complétese la tabla siguiente si g=9.81 m/s2 y V= 10 m2
V (m3/kg) (kg/m3) W (N/m3)
m (kg) W (N)
a 20 0.05 0.4905 0.5 4.905
b 0.5 2 19.62 20 196.2
c 2.452 0.4077 4 4.077 40
d 0.1 10 98.1 100 981
e 0.981 10.19 10 10.19 100
a) ρ= volumen/masa
Así que sería ρ=0.5/10=0.05 Kg
b) w= masa*aceleración
N
F
N
F
R
Rn =fN
F1=2200Kg.9.81m/s2= 21582N
n =fN
TERMODINAMICA 2014
Así que 9.81/20=0.4905 N/m3
c) masa=volumen especifico/volumen másico
Así que seria 10/20=0.5 Kg
d) volumen másico=gravedad*volumen
Así que seria 9.81*10/20=4.905 N
Problema 28: Complétese la tabla siguiente si presión atm = 100 kPa (wHg= 13.6 wH2O)
kPamanométrica
kPaabsoluta
mmHg abs
mH2Omanométrica
a 5 105 798 38
b 50 150 1140 380
c -96.1 3.9 30 -730
d 3.9 103.9 790 30
Pabs=Pman + Patm
e) Pabs = 5 kPa + 100 kPa = 105 kPa*760 mmHg/100k Pa = 798 mmHg
5 kPa*760 mmHg/100k Pa = 38 mmHg
f) 150 kPa - 100 kPa =50 kPa *760 mmHg/100k Pa =380 mmHg
150 kPa*760 mmHg/100k Pa =1140 mmHg
g) 30 mmHg * 100 kPa /760 mmHg = 3,9 kPa
3,9 kPa – 100kPa = -96.1 kPa
30 mmHg - 760 mmHg =-730 mmHg
h) 30 mmHg + 760 mmHg =790 mmHg*100 kPa /760mmHg= 103.9 kPa
103.9 kPa – 100kPa =3.9 kPa
Problema 30: Una campana de cristal de 250 mm de diámetro descansa sobre una placa plana y se hace vacio hasta alcanzar 700 mmHg de presión de vacío.
TERMODINAMICA 2014
El barómetro local indica 760 mm de mercurio .Obténgase la presión absoluta en el interior de la campana y determínese la fuerza necesaria para separar la campana de la placa. Desprecie el peso del vidrio.
P=w.h
H =la altura del mercurioP=presión en pascalesW=el peso del mercurio
P= (9.81).(13.6).(760-700)P=8.005 Pascales
F=m.aM=masaa=aceleración
p.(ᴨ.D2)/4=FUERZAP= (9.81). (13.6)(1.46)P=93 Pascales
Se remplaza en la ecuación:
F=93. (0.05)F=4,584 N
CAPITULO 2
Problema 14: Cinco kg vapor de agua ocupan un volumen un volumen de 10 m3.
Determine la calidad y la presión si la temperatura es (a) 40°C y (b) 86ºC
TERMODINAMICA 2014
Problema 21: Un recipiente hermético de vidrió contiene Freón 12°C a 50ºC. Según se va enfriando, en las paredes, que se encuentran a 20°C, se observan pequeñas gotas de líquido. Determínese la presión inicial en el recipiente.
Problema 22: Un deposito cilíndrico-embolo, siendo el embolo de 16000 kg, 2 m de diámetro y que desliza sin fricción, contiene 2 kg de agua. Se suministra calor hasta que la temperatura alcanza (a) 400°C, (b) 650°C, (c) 140°C.Calcule el volumen final.
Membolo=16000 Kg
MH2O=2 Kg
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Radio=1 m
Pabs=PATM+Pman
Pman =(16000Kg*9.81m/s2)/(4π/4)m2
P=100 KPa+49.96 KPa
P=149.96 KPa
a) T=400°C
Mvc=2Kg*(2.067) =4.134 m3
V=2067 m3/Kg Vm =4.134m3
b) T=650°C
600 650 7502665 V 2193
P=0.15 MPa
Mvc=2Kg*(2.8739) =5.678 m3
V=2839 Vm=5.678 m3
c) T=140°C
140 150 200V 1285 1444
V=vc*m
V=1.253*2
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1.285=1/5(1.444-x)+x
X=1.2533
Vm=2.506 m3
Problema 26: Complétese la tabla siguiente para el aire a una altura donde g= 9.82 m.s-1
P (kPa)
T(°C)
Ѵ (m3/kg)
ῥ (kg/m3)
W (N/m3)
A 100 20B 100 2C 500 0.1D 20E 200 2
Problema 30: Un recipiente rígido de 4m3 contiene nitrógeno a una presión de 4200 kPa. Determínese la masa cuando la temperatura sea (a) 30ºC y sea (b) -120°C.
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Problema 32: Un depósito de 182 litros contienes 10 kg de vapor de agua a 600 ºC. Determínese la presión utilizando: (a) la ecuación de gas ideal, (b) la ecuación de Van der Waals, (c) la ecuación de Realich - Kwong, (d) el factor de
compresibilidad y las tablas de vapor de agua
V=182 L
M=10Kg vapor
T=600°C
a) Ecuación de gas ideal (utiliza la tabla B.2)
PV=RTm
P=(0.462)*(873)*(10)/(0.182)
P=22160KPa
b) Ecuación de van der Waals
v=V/m 0.182/10=0.0182
P=(0.462)*(873)/(0.0182-0.00169)-(1.703/(0.0182)2)
P=22429KPa-5141KPa=19288KPa
c) Ecuación de redlich-kwong
P= (RT/v-b)-(a/v2) 24429KPa-159KPa=24.3MPa
d) Factor de compresibilidad
Pr=20000/22100=0.905
Tr=873/647.4=1.35
P=0.87*0.4615*873/0.0182
P=19.5MPa
e) Las tablas de vapor de agua
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Proporciona el valor más preciso de la presión con T=873°K y V=0.0182 m3/Kg.Obseervese que la ley ideal tiene un error de 110% y que el error de cada una de las otras ecuaciones es inferior a 10%.
Problema 33: El freón de 12°F a 200°F tiene densidad de 1.84lbm/ft3. Determínese la presión utilizando: (a) la ecuación de gas ideal, (b) la ecuación de Van der Waals, (c) la ecuación de Realich-Kwong, (d) el factor de compresibilidad y € las tablas
de vapor de agua.
D=1.84lbm/ft3
T=200°F
a) Ecuación de gas ideal
P=DRT
P= (1.84)*(32.2)*(200)
P=108 Psia
b) Ecuación de van der Waals
v=V/m 0.184/10=0.0184
P=(0.462)*(873)/(0.0182-0.00169)-(1.703/(0.0182)2)
P=6040Psia -5141Psia=101 Psia
c) Ecuación de redlich-kwong
P=(RT/v-b)-(a/v2) 259Psia-159Psia=100Psia
d) Factor de compresibilidad
Pr=20000/22100=0.905
Tr=873/647.4=1.35
P=0.87*0.4615*873/0.0182=100Psia
e) Las tablas de vapor de agua
Proporciona el valor más preciso de la presión con T=200°F y D=1.84lbm/ft3.Obsérvese que la ley ideal tiene un error de 120% y que el error de cada una de las otras ecuaciones es inferior a 20%.
TERMODINAMICA 2014