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7/24/2019 Ejercicios Resueltos Total

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jsr 1

EJERCICIOS RESULETOS

Termodinmica

Universidad Santiago de Cali

Juan Sebastin Ramrez-Navas

Ejercicio 1. Un medidor de vaco conectado a una cmara lee 5,8 psi en una posicin donde la presinatmosfrica es 14,5 psi. Determinar la presin absoluta de la cmara, presenta su resultado en atm (Datos adicionales,

1 atm = 101,325 kPa = 1 atm = 14,697 psi)

abs atm vacP P P 14,5 5,8 8, 7 psi 1atm

14, 6969 psi0,592atm

Ejercicio 2. Suponga que se desea levantar un automvil, de masa m = 1200kg, con una gata hidrulica, tal como se muestra en la figura. Qu fuerza F 1 se

deber aplicar en el mbolo ms pequeo, de rea 10 cm2, para levantarlo?(Suponga que el rea del mbolo ms grande es 200 cm2)

1 2

1 2

1

1 2

11

2

F F

A A

F m g

A A

A m gF

A

2

1

10cm

F

21 m

2 2100 cm

2

2

m1200kg 9,8

s

200 cm

21 m

2 2100 cm

588N

Ejercicio 3. Se usa un manmetro para medir la presin en un tanque. El fluidoutilizado tiene una densidad relativa de 0.85 y la altura de la columna del

manmetro es de 55cm, como indica la figura. Se la presin atmosfrica local es de96kPa, determine la presin absoluta dentro del tanque

2H O 3 3

kg kgDR 0,85 1000 850

m m

atmP P gh

3 2

2 2

kg m 1N 1kPaP 96kPa 850 9,81 0, 55m

m Nm s1kg 1000

s m

P 100,6kPa

Ejercicio 4. El agua en un recipiente se presuriza con aire y la presin se midepor medio de un manmetro de varios fluidos, como se muestra en la figura. El

recipiente se localiza en una montaa a una altitud de 1400m donde la presinatmosfrica es 85.6kPa. Determine la presin del aire en el recipiente si h1=0.1m,

h2=0.2m y h3=0.35m. Tome las densidades del agua, aceite y mercurio iguales a

1000 kg/m3, 850 kg/m3y 13600 kg/m3, respectivamente

atm 1 agua 1 aceite 2 mercurio 3

1 atm mercurio 3 agua 1 aceite 2

P P gh gh gh

P P g h h gh

1 2 3 3 3m kg kg kg

P 85, 6kP 9,81 13600 0,35m 1000 0,1m 850 0, 2ms m m m


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Termodinmica

jsr 2

1 2 3

2 2

m kg 1N 1kPaP 85, 6kP 9,81 4490 m 129, 65kPa

m Ns m1kg 1000

s m

Ejercicio 5. Determine la presin atmosfrica en un lugar donde la lectura baromtrica es 740mmHg y laaceleracin gravitacional es g = 9.81m/s2. Suponga que la temperatura del mercurio es de 10C, a la cual su densidad

es 13570 kg/m3

atm 3 22 2

kg m 1N 1kPaP gh 13570 9,81 0, 74m 98,51kPa

m Nm s1kg 1000

s m

Ejercicio 6. La masa del mbolo de un dispositivo vertical decilindro-mbolo que contiene un gas, es de 60 kg y su rea de seccin

transversal es de 0.04m2, como se muestra en la figura. La presin

atmosfrica loca es de 0.97 bar y la aceleracin gravitacional es de 9.81

m/s

2

. A) Determine la presin dentro del cilindro. B) Si se transfiere elcalor al gas y se duplica su volumen, esperara un cambio en la presin

interna del cilindro?

atm

atm

PA P A W

m gP P

A

2

25

2 2

m60kg 9,81

1N 1bar sP 0,97bar 1,12bar

m N0,04m 1kg 10s m

Ejercicio 7. Utilizando las tablas de propiedades termodinmicas del agua determinar la T(C) para P= 0,130MPa.

1000kPa 1bar0,130MPa 13bar

MPa 10kPa

Tabla 1. Propiedades del agua saturada (lquido-vapor): Tabla de presiones

Presin, bar 9 10 15 20

Temperatura, C 175,4 179,9 198,3 212,4

2 1

2 1

y mx b b y mx

y y 198, 3 179, 9m 3, 68

x x 15 10

b 179,9 3,68 10 143,1

T 3,68P 143,1 3,68 13 143,1 190.94 C


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Termodinmica

jsr 3

Ejercicio 8. Utilizando las tablas de propiedades termodinmicas del agua determinar el volumen especfico (v),entalpa (h) y entropa (s) que corresponde a: P = 0.7 bar.

Ejercicio 9. Utilizando las tablas de propiedades termodinmicas del agua determinar el volumen especfico (v),entalpa (h) y entropa (s) que corresponde a: T = 200 C.

Ejercicio 10. Calcular el volumen especfico (v), entalpa (h) y entropa (s) de la mezcla lquido vapor quecorresponde a: P = 50 psia.

Volumen, ft3/lbm Energa, Btu/lbm Entalpa, Btu/lbm Entropa, Btu/(lbm R)

p, psia T, F vf vg uf ug hf hfg hg sf sfg sg

40 267,3 0,017150 10,50 236,00 1092,30 236,20 933,80 1170,00 0,392200 1,284700 1,676900

50 280,5 0,017364 8,99 241,85 1094,50 242,00 929,75 1171,76 0,400888 1,272150 1,673037

60 292,7 0,017380 7,18 262,00 1098,30 262,20 915,80 1178,00 0,427400 1,217200 1,644600

Ejercicio 11. Un tanque rgido contiene 50 kg de agua lquida saturada a 90C. Determine la presin en el tanquey el volumen de ste

@90

3

@90

70,14

0,001036

50

sat C

sat C

P P kPam

v vkg

V m v kg

3

0,001036m

kg

30,0518m

Ejercicio 12. Un dispositivo de cilindro-mbolo contiene 2 pies3de vapor de agua saturada a 50 psi de presin.Determine la temperatura del vapor y la masa del vapor dentro del cilindro.

@50

3

@50

3

3

280,99

8,5175

20,235

0,001036

sat psia

g psia

T T F

ftv v

lbm

ftVm lbm

v ft

lbm


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Termodinmica

jsr 4

Ejercicio 13. Una masa de 200g de agua lquida saturada se evapora completamente a una presin constante de100 kPa. Determine a) el cambio en el volumen y b) la cantidad de energa aadida al agua

3

3 3

1, 6941 0,001043 1, 6931

0, 2 1, 6931 0,3386

0, 2 2257,5 451, 5

fg g f

fg

fg

mv v v

kg

mV mv kg mkg

kJmh kg kJ

kg

Ejercicio 14. Deducir la frmula de calidad (x) en funcin del volumen especfico, sabiendo que vf es elvolumen ocupado por el lquido saturado, vg el volumen ocupado por el vapor saturado y V el volumen total o la

suma de ambos.

f gV V V

V mv

t av f f g g

t f g

t av t g f g g

g

t

m v m v m v

m m m

m v m m v m v

mx

m

Dividiendo para mt se tiene que

1av f g

av f fg

av f

fg

v x v xv

v v xv

v vx

v

Ejercicio 15. Repita el ejercicio anterior para encontrar la frmula de calidad en funcin de la entalpa. Estafrmula puede ser generaliza para las dems propiedades termodinmicas?

Si

av f fg v v xv

Entonces para u y h

av f fg

av f fg

u u xu

h h xh

Generalizando

av f fg

f av g

y y xy

y y y

Ejercicio 16. Hallar el calor requerido para evaporar una 1 kg de hielo que se encuentra a una temperatura de -10C. Datos adicionales: Ce hielo= 2090 J/kgK, Ce agua = 4180 J/kgK, Lf= 334 kJ/kg, Lv= 2260 kJ/kg

Calor sensible

Q = mCeT

Calor latente

Fusin: Qf = mLf

Vaporizacin: Qv= mLv

Datos,

Ce hielo = 2,09 kJ/kg K Ce agua = 4,18 kJ/kg K

Lf = 334 kJ/kg

Lv = 2260 kJ/kg

tot hielo f liq v hielo f lq vQ Q Q Q Q m ce T L ce T L


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Termodinmica

jsr 5

totkJ kJ kJ kJ

Q 1kg 2, 09 10K 334 4,18 100K 2260 3032, 9kg K kg kg K kg

Ejercicio 17. Exprese las siguientes unidades como combinaciones de metros, kilogramos y segundos: (a) julio;(b) pascal; (e) litro; () newton; (e) vatio.

Ejercicio 18. Una mujer levanta un objeto de 30 kg a una altura de 2 m sobre su posicin inicial. Deduzca laecuacin correspondiente para solucionar este problema y calcule a) el trabajo ejercido por la mujer sobre el objeto y

b) el trabajo realizado por la Tierra.R/. a) 588 J, b) -588 J

2

1

294 2 588

x

x

W F x dx F x N m J

Ejercicio 19. Un tanque rgido contiene aire a 500 kPa y 150C. Como resultado de la transferencia de calor a losalrededores, dentro del tanque disminuyen la temperatura a 65C y la presin a 400 kPa. Determine el trabajo de la

frontera efectuado durante este proceso.

2

1

0

V

b

V

b

W P dV

dV W P dV

2

1

0

V

V

Ejercicio 20. Un dispositivo cilindro-mbolo sin friccin contiene 10 lbm de vapor de agua a 60 psia y 320F. Elcalor se transfiere al vapor hasta que la temperatura alcanza 400F. Si el mbolo no est unido a un eje y su masa es

constate, deduzca la ecuacin correspondiente para solucionar este problema y determine el trabajo realizado por el

vapor durante este proceso. R/. 96,4 Btu

2 2

0

1 1

0 2 1

0 2 1

b

b

b

W PdV P dV

W P V V

W mP v v

3

3

110 60 8,3548 7, 4863 96, 4

5,404b

ft BtuW lbm psia Btu

lbm psia ft

Ejercicio 21. Al inicio un dispositivo de cilindro-mbolo contiene 0,4 m3de aire a 100 kPa y 80C. Se comprimeel aire a 0,1 m3 de tal manera que la temperatura dentro del cilindro permanece constate. Deduzca la ecuacin

correspondiente para solucionar este problema y determine el trabajo hecho durante este proceso. R/. -55,45 kJ

0

2 2 2

1 1

2 21 1

1 1

ln ln

b

b

CPV mRT C P

V

C dVW PdV dV C

V V

V VW C PV

V V

3 30,1 1

100 0, 4 ln 55,50, 4 1

b

kJW kPa m kJ

kPa m


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Termodinmica

jsr 6

Ejercicio 22. Deduzca la ecuacin correspondiente para solucionar este problema y calcule el trabajo devaporizacin isotermal de 1 mol de acetona a la temperatura de ebullicin normal (Tb = 329,15 K), asumiendo que el

vapor se comporta como gas ideal. R/. 2735,8 J/mol

20 0

0

2 1

1273,15 273,15

b bvap ex b

T TW P dV P V V R T

3

0,8205vapatm dm

W

mol K

329,15K

3

101,328

1

J

atm dm2735.8

J

mol

Ejercicio 23. Considere a una persona desnuda que se encuentra en un cuarto a 20C.Determine la tasa de transferencia de calor total desde esta persona, si el rea de la superficie

expuesta y la temperatura de la piel de la persona son 1,6 m 2 y 34C, cada una, y elcoeficiente de transferencia de calor por conveccin es 6W/(m2C). R/ Qtot = 264,8 W

cov 26s fW

Q h A T T m

C

21, 6 m

34 20 C 134,4W

4 4

rad s alrededoresQ A T T

82

0,95 5,67 10radW

Q xm

4K

21, 6 m

4 4 434 273 20 273 K 130,4W

134, 4 130, 4 264, 8tot conv rad Q Q Q W W

Ejercicio 24. Una plancha de 1000W se deja sobre la mesa de planchado con subase expuesta al aire a 20C. El coeficiente de transferencia de calor por conveccin

entre la superficie de la base y el aire de los alrededores es 35 W/(m 2C). Si la base

tiene una emisividad de 0.6 y un rea de la superficie de 0.02m2, determine latemperatura de la base de la plancha. R/. 674C.

1000tot conv rad Q Q Q W

2

cov 2

cov

35 0, 02 293

0, 7 293

s f s

s

WQ h A T T m T K

m K

Q T K W

44 4 8 2 4

2 4

48 4

0, 6 5, 67 10 0, 02 293

0, 06804 10 293

rad s alr s

rad s

WQ A T T x m T K

m K

Q x T K W

48 4

1000 0, 7 293 0, 06804 10 293947 674

s s

s

T K x T K

T K C


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Termodinmica

jsr 7

Ejercicio 25. Determine la energa final del sistema si se calienta agua en una cacerola tapada sobre una estufa,mientras la agita por medio de una hlice. Durante el proceso se aade 30kJ de calor al agua, y 5kJ de calor se

liberan hacia el aire de los alrededores. El trabajo de la hlice asciende a 500N m. Su energa inicial es 10kJ.

R/35,5kJ

2 1

2

2

30 5 0, 5 10

35,5

ent sal sist

ent sal

E E EQ Q W U U U

kJ kJ kJ U kJ

U kJ

Ejercicio 26. Un saln de clases ocupado por 40 personas se va a acondicionar con aire mediante unidades deventana de 5kW de valor nominal. Puede suponerse que una persona en reposo dispara calor a una tasa aproximada

de 360kJ/h. Hay 10 focos en el cuarto, cada uno de 100W nominales. La tasa de transferencia de calor hacia el salnde clases a travs de las paredes y las ventanas se estima que ser igual a 15000kJ/h. Si el aire del cuarto se va a

mantener a la temperatura constante de 21C, determine el nmero de unidades de acondicionamiento de aire deventana que se requiere. R/. 2 unid.

cosenfriamiento fo personas ganadoQ Q Q Q

cos 10 *100 1

40 *360 4

15000 4,17

1 4 4,17 9,17

9,17#

fo

personas

ganado

enfriamiento

Q W kW

kJQ kW

h

kJQ kW

h

Q kW

kWunid

5 kW

2unid

unid

Ejercicio 27. Un tanque rgido con un volumen de 3 pie3 est lleno con refrigerante 12 a 120 psia y 140F(vapor sobrecalentado). Despus el refrigerante es enfriado hasta 20F. Determine a) la masa del refrigerante, b) la

presin final en el tanque y c) el calor transferido desde el refrigerante.


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Termodinmica

jsr 8

a) Clculo de la masa del refrigerante:

Estado 1: P1= 120 psia, T1= 140F

De tablas: v1= 0,389 pie3/lbm, u1= 86,098 Btu/lbm

3

3pieVmv

3

0,389pie

7,71lbm

lbm

Tabla 2. Refrigerante sobrecalentado 12

Temp. Fv u H S

pie3/lbm Btu/lbm Btu/lbm Btu/(lbm R)

120 psia (Tsat= 93,29F)

120 0,3684 83,0560 91,2370 0,1718

140 0,3890 86,0980 94,7360 0,1778

160 0,4087 89,1230 98,1990 0,1835

b) Clculo de la presin final en el tanque

v = cte v2= v1= 0,389 pie3/lbm

En el estado final T2 = 20F

De tablas: vf= 0,01130 pie3/lbm, vg= 1,0988 pie

3/lbm, uf= 13,79 Btu/lbm, ug= 72,12 Btu/lbm.

Como vf< v2< vgP2= Psat a 20F= 35,736 psia

c) Calculo del calor transferido desde el refrigerante

Q W U EC EP

2 1Q U m u u

Calidad (x2)

2

2

0,389 0,01130,348

1,0988 0, 0113

f

fg

v vx

v

Energa interna final (u2)

2 2 12,79 0,348 72,12 12,79 33,44f fgBtu

u u x ulbm

Calor transferido

2 1 7,71 33,44 86,098 406,0Q m u u Btu

Ejercicio 28. Se tiene un tanque rgido dividido en dos partes iguales mediante una separacin. Al principio, un

lado del tanque contiene 5kg de agua a 200 kPa y 25C, y al otro lado est vaco. Despus la separacin se quita y elagua se expande dentro de todo el tanque. Se deja que el agua intercambie calor con los alrededores hasta que latemperatura en el tanque regresa al valor inicial de 25C. Determine: a) el volumen del tanque, b) la presin final y

c) la transferencia de calor en este proceso. R/. a) Vtanque = 0,01 m3, b) P2= 3,169 kPa, c) Q = 0,25 kJ

V

140

20

T, F

120 psia

1

2


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Termodinmica

jsr 9

a) Clculo del volumen del tanque

Datos: Estado 1 Lquido comprimido, Presin 200 kPa,

Temperatura 25C, masa 5 kg de H2O

El volumen especfico se encuentra en tablas, aproximando el

lquido comprimido a lquido saturado a la temperatura3

1 @25 0.001f Cm

kg

Tabla 3. Propiedades del agua saturada (lquido-vapor)

Temp, PresinVolumen especifico Energa interna

m3/ kg kJ / kgLiquido Vapor Liquido Vapor

C barsat, sat, sat, sat,

vfx 103 vg uf ug

24 0,02985 1,0027 45,883000 100,70 2408,4

25 0,03169 1,0029 43,360000 104,88 2409,8

26 0,03363 1,0032 40,994000 109,06 2411,1

Clculo del volumen inicial (V1)

1 1 5V m kg 3

0.001m

kg 30.005m

Volumen total. El volumen total, de acuerdo al enunciado del problema, ser el doble del volumen inicial3 3

12 2 0.005 0.01tanqueV V m m

b) Clculos de la Presin final

Volumen especfico3 3

2

0.010.002

5

tanqueV m m

m kg kg

De laTabla 3 se obtiene que: vf= 0.001 m3/kg, vg= 43.36 m3/kg

Si vf< v2< vgel agua en el estado final es una mezcla saturada de lquido-vapor, por lo tanto la presin en el

estado final ser la presin de saturacin a 25C (verTabla 3).

2 @25 3.169sat CP P kPa

c) Clculo de la transferencia de calor en este proceso

Q W U EC EP

2 1Q U m u u

Energa interna en estado inicial

1 @25 104.88f CkJu ukg

Determinacin de la calidad en el estado final

2 5

2

0,002 0,0012,3 10

43,36 0,001

f

fg

v vx x

v

Energa interna en estado final


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Termodinmica

jsr 10

52 2 104,88 2,3 10 2409,8-104,88 104,93f fgkJ

u u x u xkg

Calor transferido

2 1 5 104,93 104,88 0,25Q m u u kJ

Ejercicio 29. Calcular el cambio de entalpa de 1 mol de oxgeno en el intervalo de 300 K a 1000 K. LaCapacidad calorfica molar es Cp = a + bT + cT2. R/. H = 22666 J/mol

De laTabla 4 se obtienen a, b y c

Tabla 4. Capacidades calorficas a presin constante de varias sustancias Cp = a + bT + cT2Substancia a, J / K mol b x 10-3, J / Kmol c x 10-7, J / Kmol

H2(g) 29,066 -0,836 20,117

O2(g) 25,503 13,612 -42,555Cl2(g) 31,696 10,144 -40,376

3 7 225,503 13,612 10 42,553 10J

Cp x T x T K mol

Integrando la ecuacin del cambio de entalpa en funcin de la T se obtiene

1000

3 7 2

300

3 72 2 3 3

2 1 2 1 2 1

25,503 13,612 10 42,553 10

13, 612 10 42,553 1025,503 25435, 7

2 3

o

H x T x T dT

x x JH T T T T T T

mol

Ejercicio 30. Determinar el Cv si se conoce que a 298,15 K, la capacidad calorfica del etanol es Cp = 111,462 J/Kmol. Los datos adicionales son: = 11,2x10-4K-1, = 112x10-6Atm-1y V = 58,368 cm3/mol. R/. Cv = 91,73J/Kmol.

6 1

112 10x Atm

1Atm

1

11 2

5

2

110,56 101,013 10

x NmNx

m

3

58,368cm

V

3 3

3 3

1

100

m

mol cm

355,837 10 m

xmol

2

24 5

11

11, 2 10 5, 837 10 298114,462

110,56 10

91.727

VTCp Cv

x xCv

xJ

CvK mol

Ejercicio 31. Aire a 300K y 200 kPa se calienta a presin constate hasta 600K. Determinar el cambio en laenerga interna del aire por unidad de masa, con: a) datos de la tabla del aire, b) la forma funcional del calor

especfico, y c) el valor del calor especfico promedio. R/. U221kJ/kg

a) datos de la tabla del aire (Tabla 5)


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Termodinmica

jsr 11

Tabla 5. Propiedades de gas ideal del aireT (K), hy u (kJ/kg), s0(kJ/kg K)

Cuando s = 0

T h u s Pr vr

300 300,19 214,07 1,70203 1,3860 621,2

600 607,02 434,78 2,40902 16,280 105,80

2 1 434, 78 214, 07 220, 71kJ kJ u u ukg kg

b) Usando la forma funcional del calor especfico, en la Tablas termodinmicas de Cp se encuentra que a = 28.11, b= 0.1967x10-2, c = 0.4802x10-5, y d = -1966x10-9, Rues la constante universal de los gases, por lo tanto su valor

es 8.314 kJ/kmolK:

2 3

2

1

6447,15

6447,15

u uCv Cp R a bT cT dT R

kJu CvdT

kmol

kJ

u kmoluM

28,97 kg

kmol

222,55 kJkg

c) Empleando el valor del calor especfico promedio

Tabla 6. Calor especfico del gas ideal para algunos gases comunes (kJ/kgK)

Temp. KCp Cv k

Aire

300 1.005 0.718 1.400

450 1.020 0.733 1.391

600 1.051 0.764 1.376

2 1

@450 0.733

0.733

prom

prom K

u Cv T T

kJCv

kg K

kJu

kg K

600 300 K 219.9kJ

kg

Ejercicio 32. Un cierto volumen de nitrgeno comprimido a 100 atmsferas se expande adiabticamente a travsde un orificio hasta que se reduce la presin a 1 atm. La temperatura de gas disminuye de 25C hasta -130C. Ti =

327,22 K. Calcular J,Th. R/.1,566 K/atm

2 1,

2 1

130 25 155 1,571 100 99

J Th

H

T TT K KP P P atm atm


12/17

Termodinmica

jsr 12

Ejercicio 33. Una muestra de 1,435g de naftaleno (C10H8), una sustancia de olor penetrante que se utiliza en losrepelentes contra las polillas, se quema en una bomba calorimtrica a volumen constante. Como consecuencia, la

temperatura del agua se eleva desde 20,17C hasta 25,84C. Si la masa del agua que rodea al calormetro es

exactamente 2 kg y la capacidad calorfica de la bomba calorimtrica es 1,80 kJ/C, calcule el calor de combustin

del naftaleno sobre una base molar, es decir, encuentre el calor de combustin molar. R/. -5,15E3 kJ/mol

q mCp T

agua agua agua

agua

agua

q m Cp T

Jq 2000g 4,184 25,84 20,17 C

g C

q 4, 74E4J

cal cal

cal

cal

q C T

Jq 1,80 25,84 20,17 C

Cq 1, 02E4J

reac agua cal

reac

reac

q q q

q 4, 74 1, 02 E4J

q 5, 76E4J

Calor de combustin molar:

10 8

10 8 10 8

C H

C H C H

128,2g5, 76E4J J kJ5,15E6 5,15E3

1, 435g 1mol mol mol

Ejercicio 34. Calcular la entalpa de disociacin atmica del agua en H(g)y OH(g). R/. H0a=501,9kJ/mol

0

2

0

2

0

2 2

0

22 2

2 436, 0

2 496, 2

1 142,1

2 2

1 241.822

ag g

ag g

ag g g

fg g g

kJa H H H

mol

kJb O O H

mol

kJc H O HO H

mol

kJd H O H O H mol

2

2

g gH O H OH

ac d


13/17

Termodinmica

jsr 13

2

0 218, 0 42,1 241.82 501.9

g gH O H OH

kJH

mol

Ejercicio 35. Dados los siguientes datos a 25C.

0

4 22 2

0

22 2

0

2 2 3

0

43 2 2

0

4 2 42 2

2 300.4

2 2 569.2

3 2 170.8

38.08

19.88

s g l

g g l

g g g

ac ac ac

s l ac

kJa NH NO N H O H mol

kJb H O H O H

mol

kJc N H NH H

mol

kJd NH HNO NH NO H

mol

kJe NH NO nH O NH NO H

mol

Calcular el cambio de entalpa de formacin del cido nitroso en solucin acuosa diluida de conformidad con la

reaccin

2 2 2 21 1

2 2

2

g g g acH N O ac HNO

ca b d e

4 2 sNH NO 2 2 2 2 31 3

22 2

g g g g acH O N H NH 42 2ac sHNO NH NO

2

22 2

l

g l

nH O

N H O

22 lH O 3 gNH 4 2 acNH NO 4 2 acNH NO

22 2 2 2 2 2

3 12

2 2g g g g g l ac

H H N N O nH O HNO

22 2 2 2

1 1

2 2g g g l ac

H N O nH O HNO

0 1

300.4 569.2 170.8 38.08 19.88 125, 442

f

kJH

mol

Ejercicio 36. Partiendo de los siguientes datos.

0

22 2

0

32 2

0

22 2

0

2 2 32

1285.8

2

2 2 485.96

2 229.59

138.11

fg g l

fs g g l

fs g g

fg l l

kJa H O H O H

mol

kJb C H O CH COOH H

mol

kJc C H C H H

mol

kJd C H H O CH CHO H

mol


14/17

Termodinmica

jsr 14

Calcular el cambio de entalpa del cido actico de conformidad con la reaccin

3 32

1

2l g l

CH CHO O CH COOH

a b c d

2 g

H

2

12

2 g s

O C

22

gH

2

2g s

O C

2 gH

2 2 g

C H

2 lH O

2 lH O

3 2 2l gCH COOH C H

3

3 32

1

2

l

l g l

CH CHO

CH CHO O CH COOH

0 285.8 485.96 229.59 138.11 167, 54 kJ

Hmol

Ejercicio 37. Se transfiere calor a una mquina trmica desde un horno a una relacin de 80MW. Si la relacinde liberacin de calor de desecho a un ro cercano es de 50MW, determine la salida de potencia neta y la eficiencia

trmica para esta mquina. R/. Wnet, sal= 30 MW, t= 37.5%

,

, 80 50 30

neto sal H L

neto sal

W Q Q

W MW

,

300.375

80

37.5%

neto sal

t

H

t

t

W

Q

Ejercicio 38. Un motor de automvil con una salida de potencia de 65 hp tiene una eficiencia trmica de 24%.

Determine la relacin de consumo de combustible (m) de este automvil si el combustible tiene un valor calorficode 19000 Btu/lbm (es decir, 19000 Btu de energa se liberan por cada lbm de combustible quemado). R/. QH =689262 Btu/h, m = 36.3 lbm/h. (Datos adicionales 1 hp = 2545 Btu/h)

,

,

2545

65 1654251

165425

689270,830.24

neto sal

neto sal

H

t

BtuBtuhW hp

hp h

BtuW BtuhQ

h

689270,8336,27

19000

Btulbmhm

Btu h

lbm

Ejercicio 39. El compartimiento de comida de un refrigerador mantiene a 4C si se le extrae calor a una relacinde QL= 360kJ/min. Si la entrada de potencia requerida para el refrigerador es 2 kW, determine a) el coeficiente de

rendimiento del refrigerador (COPR) y b) la relacin a la cual se libera el calor al cuarto que alberga el refrigerador

(QH). R/. a) 3, b) 480 kJ/min. (Datos adicionales 1kW = 60 kJ/min)


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Termodinmica

jsr 15

, 2net enW kW60

min

1

kJ

kW

,

,

120

360

3120

360 120 480min

L

Rnet en

H L net en

Q

COP W

kJQ Q W

Ejercicio 40. Con una bomba de calor se cubren las necesidades de calefaccin de una casa al mantenerla a20C. Un da, cuando la temperatura del aire exterior disminuye a -2C, se estima que la casa pierde calor a una

relacin de QH= 80000 kJ/h. Si en estas condiciones la bomba de calor tiene un COP de 2.5, determine a) la potencia

consumida por la bomba de calor, y b) la relacin a la cual se extrae calor del aire fro. R/. Wneto, en= 8.9 kW, b) QL=

48000 kJ/h

,

,

80000

32000 8.92.5

80000 32000 48000

Hnet en

BC

L H net en

kJQ kJhW kW

COP h

kJQ Q W

h

Ejercicio 41. Una casa que fue calentada por medio de calentadores de resistencia elctrica consumi 1200 kWhde energa elctrica en un mes invernal. Si esta casa se hubiera calentado por medio de una bomba de calor, que tiene

un COP de 2.4, determine cunto dinero hubiera ahorrado el dueo de la casa en ese mes. Suponga un precio de 8.5

pesos/kWh para la electricidad.

Ejercicio 42. Una bomba de calor con un COP de 2.5 suministra energa a una casa a razn de 60000 Btu/h.Determine: a) la potencia elctrica consumida por la bomba de calor y b) la relacin de remocin de calor del aire

exterior. R/. a) 9.43 hp, b) 36000 Btu/h.

Ejercicio 43. (a) Determinar cul es el trabajo mximo que se puede lograr de 12000J de calor (QH) que se suplea una mquina de vapor con un reservorio a 100C y un condensador a 22C. (b) Igualmente si se eleva la

temperatura del reservorio a 140C, cunto sera el trabajo que se obtiene?. R/. (a) Wmx= 2509J, (b) Wmx= 3429J

max 2 1

2 2

L T T

Q T

a) 2 1max 22

373 29512000 2509, 4

373

T TL Q J

T

b)2 1

max 2

2

413 29512000 3428, 6

413

T TL Q J

T


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Termodinmica

jsr 16

Ejercicio 44. Calcular el coeficiente de rendimiento de una refrigeradora de Carnot en el caso de que staextraiga calor del reservorio fro a T1= 270K y transfiera la energa en forma de calor al medio ambiente a 300K. R/.

= 9

1 1 1

2 1 2 1

Q Q T

L Q Q T T

270 9300 270

Ejercicio 45. Si la temperatura externa es de 270 K y la energa que debe transferirse hacia una residencia es talque la temperatura es T2= 305 K. (a) calcular el coeficiente de rendimiento de la bomba trmica. (b) qu puede

concluir respecto al problema anterior? R/. = 8,7

2 2 2

2 1 2 1

' Q Q T

L Q Q T T

305' 8, 7

305 270

Ejercicio 46. Una refrigeradora funciona en el intervalo de 360 K a T1= 273 K, calcular el contenido calorficoque se puede idealmente extraer por cada kilowatt-hora de trabajo. R/. Q1= 1.127x10

7J

1 1 1

2 1 2 1

Q Q T

L Q Q T T

11

2 1

2731 3,13

360 273

TQ L kW

T T

h

31 10 J

xs

1 kW

60 min

1 h

60s1min

71,127 10 11296x J kJ

Ejercicio 47. Una mquina de Carnot recibe 500kJ de calor por ciclo de una fuente de alta temperatura a 652C ydesecha calor en un sumidero de baja temperatura a 30C. Determine (a) la eficiencia termodinmica de estamquina de Carnot, y (b) la cantidad de calor desechada en el sumidero por ciclo. R/. (a) t, C = 0.672, (b) QL, rev=

163.8 kJ

a)

, ,

30 2731 1Lt C t rev

H

KT

T

652 273 K 0,672 67,2%

b)

, ,

30 273500LL rev L rev

H

KTQ Q kJ

T

652 273 K 163,8kJ

Ejercicio 48. Un inventor afirma haber fabricado un refrigerador que mantiene el espacio refrigerado a 35Fmientras opera en un cuarto donde la temperatura es 75F y que tiene un COP de 13.5 Esta afirmacin es cierta?

, ,

1 1

75 4601R mx R rev

L

H

COP COP T R

T

35 460 R

12,4

1

la afirmacin del inventor es falsa

Ejercicio 49. Una bomba de calor servir para calentar una casa durante el invierno. La casa se va a mantener a21C todo el tiempo. Se estima que la casa perder calor a razn de 135000 kJ/h cuando la temperatura exterior


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Termodinmica

jsr 17

descienda a -5C. Determine la potencia mnima requerida para accionar esta unidad de bomba de calor. R/. Wneto,en

= 3.32kW

,

1 1

5 2731 1

BC revL

H

COPT K

T

21 273 K

11,3

,

,

37,53,32

11,3

Hneto en

BC rev

Q kWW kW

COP

ejercicios resueltos total

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