TERMODINAMICA

PROBLEMAS GASES IDEALES

1) 5 kg de aire (Z=1) realiza el siguiente ciclo termodinámico, compuesto por los siguientes procesos: (1-2) politrópico con n = 1.5 ; (2-3) isotérmico ; (3-4) isobárico ; (4-5) isócoro ; (5-1) politrópico con n = -1.

Si se sabe que: p2 = 5 bar p3 = 8 bar p5 = 1 barT2 = 2800 K T5 = 300 K p5 < p1 < p2

a) determinar T (K), p (kPa), V (m3) en cada estado. b) graficar el ciclo en el diagrama p-v.

2) Oxígeno a 100 kPa y 50°C es comprimido politrópicamente hasta que su presión alcanza 500 kPa y su volumen se reduce al 10% del inicial. Calcule el trabajo que se realiza por kg considerando al Oxígeno como gas ideal.

3) Dentro del cilindro cerrado por un pistón sin fricción, mostrado en la figura, existen 0.05 m3 de un gas ideal a 100 bar de presión. Al remover lentamente todos los pesos el gasa se expande según la ley p v1.4 = C , quedando el sistema en equilibrio. El trabajo hecho por el gas contra la atmósfera es de 100 kJ.

Presión atmosférica = 1 bar. Gravedad = 9.8 m/s2. a) calcular el volumen ocupado por el aire al final del proceso, en m3. b) determine el trabajo hecho por el gas contra el pistón, en kJ c) calcular el trabajo total hecho por el gas, en kJ

4) En el recipiente de la figura se tiene 0.2 kg de un gas ideal (R = 0.3 kJ/kg K) inicialmente a 1 bar y 27°C. La resistencia eléctrica es de 400 ohm y se le conecta a una fuente de 50 voltios durante una hora, producto de lo cual el gas se expande produciendo un trabajo de expansión en su límite móvil igual al 60% de la energía entregada por la resistencia.

a) determine el incremento de volumen del gas, en m3

b) determine la temperatura final del gas, en °C

5) En un ambiente donde la presión es de 1 bar, se infla lentamente un globo con aire desde 1.5 m3 hasta 2.5 m3, durante el proceso de inflado la presión del aire del globo, en bar, y el volumen, en m3, están relacionados por la relación p = 1.45 V.

Tomando como sistema el aire del globo, determine el trabajo total efectuado, ¿qué porcentaje se ha empleado para vencer la presión atmosférica?

6) Hallar el trabajo realizado por un gas ideal en un proceso politrópico durante el cual la temperatura se incrementa desde 200°C hasta 300°C, mientras el volumen se duplica. (R = 0.3 kJ/kg K)

7) Una masa de aire que se encuentra a 20 bar y 400°C, es sometido a un proceso politrópico hasta una temperatura final de 100°C. Si el trabajo efectuado es de 287 kJ/kg , determine la presión final.

8) El tanque de 1 m3 mostrado en la figura, contiene aire a 4 bar y 27°C. Al abrir lentamente la válvula, pasa aire hacia el dispositivo cilindro-pistón, hasta quedar en equilibrio a 17°C. La presión atmosférica es 1 bar. La masa del pistón es de 20 kg y su área es de 0.0049 m 2. Determinar:

a) la masa final de aire en el cilindro-pistón, en kg b) el volumen del aire en el cilindro-pistón, en m3

c) el trabajo realizado por el aire, en kJ. Tanque aire

9) El dispositivo cilindro-pistón mostrado contiene 0.5 kg de Nitrógeno, inicialmente a 1 bar y 27°C. En la posición mostrada el pistón se encuentra apoyado en los topes inferiores y el resorte, que se encuentra en su posición natural, no ejerce presión sobre el pistón. Asumiendo que los procesos son cuasiestáticos y que el proceso finaliza cuando la presión del Nitrógeno es de 5 bar, se pide determinar el trabajo total efectuado, en kJ, y graficar los procesos en el diagrama p-v

constante del resorte = KR = 200 kN/m

área del pistón = AP = 0.5 m2

peso del pistón = FP =25 0.6 m

presión atmosférica = po =100 kPa

Prof. J. Tamashiro