PROBLEMAS DE TERMODINAMICAUNIDAD 1 y 2.1.- Un pequeo cohete experimental que tiene 70 kg de masa se acelera a 6,0 m/s2. Qu fuerza total se necesita, en newtons, si (a) el cohete se mueve horizontalmente y sin friccin, y (h) el cohete se mueve verticalmente hacia arriba y sin friccin, en un lugar donde la aceleracin local es 9,45 m/s2?

2.- Un depsito de aire de 20 Ft3 est dividido por una membrana en una parte A, con un volumen especfico inicial de 0,80 ft 3/lbm, Y una parte B con una masa de 12,0 lbm Se rompe la membrana y la densidad resultante es 1,350 lbm/ Ft3. Calclese el volumen especfico inicial de la parte B, en Ft 3/lbm.

3.- Determnese la presin equivalente a 1 bar en funcin de los metros de una columna de lquido a temperatura ambiente, donde el lquido es (a) agua, (b) alcohol etlico, y (e) mercurio. La densidad relativa del alcohol etlico es 0,789, la densidad relativa del mercurio es 13,59 y g = 9,80 m/s".

4.-. La presin manomtrica de un sistema es equivalente a una altura de 75 cm de un fluido de densidad relativa 0,75. Si la presin baromtrica es 0,980 Bar, calclese la presin absoluta en el interior de la cmara, en mbar.

5.-. La presin manomtrica de un sistema es equivalente a una altura de 24 in de un fluido con una densidad relativa de 0,80. Si la presin baromtrica es 29,5 inHg, Calclese la presin absoluta en el interior de la cmara, en Psia.

6.- Un depsito de almacenamiento vertical contiene inicialmente agua (p = 1.000 kg/m3) hasta una altura de 4 m. Se aade aceite inmiscible de densidad relativa 0,88 hasta que la altura total del lquido es 10 m. Si la Presin baromtrica es 97,2 kPa y g = 9,80 m/s2, determnese la presin absoluta en el fondo del agua, en kPa y bar.

7.- La presin manomtrica de un gas dentro de un depsito es 3,0 lb/in2. Determnese la altura vertical, en pulgadas, del lquido del manmetro acoplado al sistema si el fluido, a temperatura ambiente, es (a) mercurio (p = 850 Ibm,/Ft3, (b) agua, y (c) un aceite de densidad relativa 0,90, con g = 32,0 Ft/s2.

8.- Un manmetro conectado a un tanque indica 50 Psi en un lugar donde la presin baromtrica es 29.1 Pulg Hg. Determine la presin absoluta en el tanque. Suponga que la Hg = 848.4 lbm/Ft3.

9.-Un manmetro est conectado a un depsito de gas en que la presin es mayor que la del entorno. El lquido del manmetro es mercurio, con una densidad de 13.59 g/cm3. La diferencia entre los niveles de mercurio en el manmetro es 2 cm. La aceleracin de la gravedad es 9.81 m/s2. La presin atmosfrica es 93.0 KPa. Calcular en KPa.a) La presin manomtrica del gasb) La presin absoluta del gas10.-Un tanque contiene aire a 40C y 1MPa. Si hay 1.5kg de aire en el tanque, Cul es el volumen de ste? 11.- En un tanque hay dos libras de aire. Si ocupan un volumen de 5 Ft3 , Cul es la densidad del aire en el tanque? 12.- Un recipiente cerrado contiene 8ft3 de aire a 17psia y 125F. Si se suministran 60Btu al aire, determine la presin final. Suponga que Cv= 0.17Btu/lbm R.13.- Determine el cambio en la energa interna cuando se expande aire, inicialmente a 200psia y 200F, en un cilindro a presin constante de un volumen inicial de 20ft3 al triple de su volumen inicial. Suponga que Cp = 0.24Btu/lbR y que Cv = 0.171Btu/lbR.14.-Un tanque cilndrico vertical, lleno con un fluido, tiene 1 m de dimetro y 1.5 m de altura. Pesa 6000N, y la aceleracin de la gravedad es 9.82 m/s2. Calcule: a)el volumen ocupado por el fluido, b) el peso especifico del fluido, c) la densidad del fluido, d) la gravedad especifica del fluido. R.- a) 1.178 m3; b) 5093 N/m3; c) 518.6 d) 0.518615.-Un manmetro de presin diferencial montado en un recipiente muestra una lectura de 1.25 MPa y un barmetro local indica una presin atmosfrica de 0.96 bar. Calcule la presin absoluta dentro del recipiente. R: 1346 KPa16.-Una fuerza de 1600 N se aplica de manera uniformes sobre mbolo de 8 cm de Dimetro. Determine la presin sobre el mbolo. R = 319 KN/mUNIDAD 317.- encuentre la calidad, el volumen especifico y la energa interna de un vapor a 7 bar y entalpa de 2600 KJ/kg.18.- Complete la tabla de propiedades de agua, indique anlisis.P, barT, Cv, m3/kgh, kJ/kgx, %

4.5623.25

1060

30400

1401.0784

19.- Complete la tabla de propiedades de agua, indique anlisis.P, PsiaT, Fv, Ft3/lbmu, BTU/lbmx, %

250

1801323.5

250218.6

4001.866

20.- Determnense los datos requeridos del agua para las siguientes condiciones especificadas: (a) la presin y el volumen del lquido saturado a 20C, (b) la temperatura y entalpa del vapor saturado a 9 bar, (c) volumen especifico y energa interna a 10 bar y 280 C, (d) la temperatura y el volumen especifico a 8 bar y una calidad del 80%, (e) el volumen especifico y la entalpa a 100C y 100 bar, (f) la presin y la entalpa especifica a 150 C y el 70% de calidad, (g) la temperatura y la energa interna especifica a 15 bar y una entalpa del 2.899,3 kJ/kg, (h) La calidad y el volumen especifico a 200C y una entalpa del 1.822,8 kJ/kg, (i) la energa interna y el volumen especifico a 140C y una entalpa de 2.733,9 kJ/kg, y (k) la temperatura y el volumen especifico a 200 bar y una entalpa de 434,06 kJ/kg.21.- Se enfra a volumen constante vapor de agua a 2 MPa y 280C hasta que la presin alcanza un valor de 0,50 MPa. Determnese la energa interna en el estado final y hgase un esquema del proceso en un diagrama Pv.22.-Calcule la entalpa especifica en kJ/Kg, del agua a 100 C y a 15 MPa de presin.23.- Se enfra a volumen constante vapor de agua a 2 MPa y 280C hasta que la presin alcanza un valor de 0,50 MPa. Determnese la energa interna en el estado final y hgase un esquema del proceso en un diagrama Pv.24.- Se enfra a volumen constante vapor de agua a 300 Psia y 450 F hasta que la presin alcanza el valor de 50 Psia. Determnese la energa interna en el estado final y hgase un esquema del proceso en un diagrama Pv.25-.Una mezcla lquido-vapor de agua se mantiene en un recipiente rgido a 60C. El sistema se calienta hasta que su estado final es el punto crtico. Determnese (a) la calidad inicial de la mezcla y (b) la relacin inicial entre los volmenes de vapor y de lquido.26.- Un recipiente rgido contiene vapor de agua a 15 bar y a una temperatura desconocida. Cuando el vapor se enfra hasta 180 C, Este comienza a condensar. Estmese (a) la temperatura inicial en C, (b) la variacin de la energa interna en kJ. (c) Hgase un diagrama Pv.27.- En un recipiente rgido se enfra agua a 10 bar y 280C hasta que se convierte en vapor saturado. Determnese (a) la presin y temperatura finales en bar y grados Celsius respectivamente y (b) la variacin de la energa interna de kJ/kg. (c) Hgase un esquema del proceso en un diagrama Pv.28.-Una masa de agua a 10 bar y 0,02645 m3/kg experimenta un proceso a presin constante hasta un estado final de 0,206 m3/kg (a) Determine la variacin de la energa interna en kJ/kg y un diagrama Pv del proceso.29.- Un recipiente rgido contiene vapor de agua a 15 bar y a una temperatura desconocida. Cuando el vapor se enfra hasta 180 C, Este comienza a condensar. Estmese (a) la temperatura inicial en C, (b) la variacin de la energa interna en kJ. (c) Hgase un diagrama Pv.30.- Un tanque rgido de 1 ft3 contiene vapor de agua inicialmente saturado a 50 psia. Un enfriamiento del agua origina una cada de presin a 15 psia. Se puede determinar en el instante final de equilibrio (a) La temperatura en F (b) la calidad final (c) el cociente entre la masa del lquido y la masa del vapor (d) Dibjese el proceso en n diagrama Pv.31.- Se enfra a volumen constante una masa de vapor de agua inicialmente a 3 MPa y 400C (estado 1) hasta una temperatura de 200C (estado 2). Despus se extrae calor a temperatura constante hasta que alcanza el estado lquido saturado (estado 3). Determine: (a) La presin final en bar (b) La calidad final del proceso a volumen constante.(c) Variacin total de volumen especifico en m3/kg.(d) Variacin de energa interna especfica en kJ/kg entre los estados 2 y 3 (e) Dibuje esquema de los procesos en diagrama Pv.32.-. Un dispositivo cilindro-mbolo contiene agua inicialmente como mezcla lquido-vapor a 2 bar que ocupa un volumen de 0.233 m3 El mbolo reposa sobre unos resaltes y no se mueve hasta que la presin alcanza el valor de 10 bar. Se le transfiere un flujo de calor constante al agua de 250 kJ/min. Determnese (a) la masa inicial de lquido. (b) el calor suministrado hasta que el mbolo comienza a moverse, y (c) el tiempo en minutos necesario para que el mbolo comience a moverse.

33.-cinco kg de vapor de agua saturados estn contenidos en un depsito rgido a una presin inicial de 40 Bar. La presin del agua cae a 20 bar como Consecuencia de la cesin de calor al ambiente. Determine el volumen del depsito en m3, y la calidad en el estado final. R: a) 0.2848; b) 49.4%34.-Dos kg de agua, inicialmente como vapor saturado a 100 KPa, se enfria hasta lquido saturado en un proceso a presin constante. Determine las transferencias de calor y trabajo para el proceso, en kJ. Compruebe que, en este caso, la transferencia de calor es igual a la variacin de entalpa del agua. R: 4516 KJ; 338.6 KJ35.- El aire del interior de un neumtico de automvil, con un volumen de 0,042 m3, ha alcanzado 360 kPa a 40 C. Tras enfriarlo hasta 20 C deseara que la presin fuese de 300 kPa. Calclese el volumen que hay que quitar, en metros cbicos, si se midiese a 20 C y 100 KJ36.- Un dispositivo cilindrombolo contiene un gas ideal, inicialmente a 50 psia y 3 ft3. El mbolo se desplaza 2 ft en un proceso de expansin isoterma. La presin atmosfrica es de 14.7 psia, existe una fuerza de friccin de 100 lbf, que se opone al movimiento y el rea del mbolo es igual a 36 in2. Calclese el trabajo neto comunicado al eje de salida, en ft lbm.

37.- Un depsito rgido y bien aislado trmicamente contiene 0.1 m3 de aire. El trabajo de 9.45 Nm de una rueda de paletas permite alcanzar una presin final de 2.5 bar y una temperatura de 400K. Determnese: a) la temperatura inicial en K, y b) la presin inicial en bar. 38.-Una masa de 0.1 lbm de aire a 30 psia que ocupa 0.69 ft3, se expande a presin constante hasta un volumen de 1.5 ft3. A continuacin experimenta un cambio de estado a volumen constante hasta una presin de 15 psia. Calclese el trabajo total realizado, el calor transferido y la variacin total de energa interna, todo ello en Btu.