Certifico  que  este  trabajo  fue  realizado  siguiendo  el  acuerdo  académico  de  esta  clase.      ______(FIRMA)_________    

IQ-­‐402  Termodinámica  II  Deber  #  2  

Fecha  a  entregar:  Miércoles  7  de  Octubre  de  2015      

1. Una  mol  de  gas  ideal  es  sometida  al  siguiente  ciclo  reversible:  a. El  gas  es  comprimido  isotérmicamente  a  300k  a  2bar.  b. El  gas  es  adiabáticamente  expandido  hasta  que  la  presión  disminuye  a  1bar.  c. El  gas  es  calentado  isobáricamente  de  regreso  a  300K.  

*  Este  gas  ideal  contiene  un  Cp  independiente  de  temperatura.  Cp=29.3k/mol  K.  ¿Cuál  es  la  temperatura  después  del  paso  (b)?  Calcula  el  calor  que  ingresa  Q,  el  trabajo  que  ingresa  W,  el  cambio  en  la  energía  interna  molar  ΔU,  el  cambio  de  entalpia  molar  ΔH,  y  el  cambio  de  entropía  molar  ΔS  para  cada  paso  del  proceso.  Confirma  que  los  cambios  de  energía  interna,  entalpia  y  entropía  suman  a  cero  para  el  ciclo.  ¿Cuánto  es  el  calor  y  trabajo  neto  que  entran  al  sistema?  

2. Un  tanque  de  nitrógeno  tiene  una  presión  de  6bar  y  una  temperatura  de  298K.  El  tanque  tiene  una  capacidad  de  0.3m3.  El  gas  puede  salir  por  una  válvula  parcialmente  abierta.  Cuando  la  presión  en  el  tanque  disminuye  a  1  bar,  calcula  el  numero  de  moles  de  nitrógeno  que  quedan  en  el  tanque  a  las  siguientes  condiciones:  

a. El  proceso  ocurre  suficientemente  rápido  de  tal  manera  que  el  flujo  de  calor  es  despreciable.  

b. El  proceso  ocurre  tan  despacio  que  la  temperatura  en  el  tanque  se  mantiene  a  298K  durante  todo  el  proceso,  dado  al  flujo  de  calor  de  los  alrededores.  

Asume  que  el  nitrógeno  se  comporta  como  un  gas  ideal  con  una  capacidad  constante  de  calor  Cp=29.3  J/(mol  K).  Para  la  parte  (a),  también  calcula  la  temperatura  final  del  tanque.  En  la  parte  (b)calcular  el  calor  total  que  entra  al  tanque  durante  el  proceso.      

3. Un  tanque  aislado  con  un  volumen  de  3m3  está  conectado  a  una  tubería  de  vapor  a  250C  y  10bar,    y  es  adiabáticamente  presurizado  hasta  que  la  presión  en  el  tanque  llega  a  6bar.  Estima  la  temperatura  en  el  tanque  inmediatamente  después  de  ser  presurizado.  ¿Cuantos  kilogramos  de  vapor  contiene  el  tanque?  

4. Un  tanque  aislado  que  inicialmente  contiene  aire  a  293K  y  1bar  está  conectado  a  una  tubería  que  contiene  aire  a  presión  y  temperatura  constante  de  8  bar  y  293K.  El  volumen  del  tanque  es  de  3m3.  Analiza  el  aire  como  si  fuera  un  gas  ideal  con  una  capacidad  de  calor  Cv=(5/2)R.  El  aire  entra  al  tanque  hasta  que  la  presión  en  el  tanque  llega  a  la  presión  de  la  tubería  de  8bar.  ¿Cuál  es  la  temperatura  en  el  tanque  inmediatamente  después  de  ser  llenado,  asumiendo  que  no  hay  una  perdida  de  calor  en  el  proceso?  ¿Cuántas  moles  del  gas  ingresan  al  tanque?  Después  de  que  el  tanque  es  llenado  durante  un  periodo  largo  de  tiempo,  el  gas  en  el  tanque  se  enfría  a  293K  (temperatura  de  los  alrededores).  ¿Cuál  es  la  presión  en  el  tanque  después  de  que  se  enfría?  ¿Cuánto  calor  es  removido  por  los  alrededores?  

5. Un  cilindro  de  0.01m3  contiene  gas  de  nitrógeno  inicialmente  a  una  presión  de  200bar  y  250K  esta  conectado  a  otro  cilindro  0.005  m3  en  volumen,  el  cual  esta  inicialmente  vacío.  Hay  una  válvula  entre  los  dos  cilindros  la  cual  esta  abierta  hasta  que  la  presión  entre  los  dos  cilindros  sea  la  misma.  Encuentra  la  temperatura  y  presión  final  en  cada  cilindro  si  no  hay  flujo  de  calor  entrando  o  saliendo  del  cilindro.  Puedes  asumir  que  no  hay  ninguna  transferencia  de  calor  entre  el  gas  y  las  paredes  del  cilindro  y  que  es  un  gas  ideal  con  una  capacidad  de  calor  constante  de  30  J/(mol  K).  

6.  Un  ciclista/ingeniero  considera  la  posibilidad  de  usar  un  tanque  portátil  de  aire  comprimido  para  inflar  un  neumático  desinflado.  El  tanque  portátil  contiene  aire  a  20C  y  20bar.  Se  lo  planea  

Certifico  que  este  trabajo  fue  realizado  siguiendo  el  acuerdo  académico  de  esta  clase.      ______(FIRMA)_________    

conectar  al  neumático  que  inicialmente  contiene  aire  a  20C  y  1  bar.  Estima  el  volumen  del  neumático  asumiendo  que  el  tubo  interior  inflado  tiene  un  diámetro  de  2cm  y  una  longitud  de  L=π*D,  donde  D=70cm  es  el  diámetro  de  la  estructura  del  neumático.  El  neumático  esta  diseñado  para  soportar  una  presión  absoluta  de  7bar  (  o  6  bar  gauge).  ¿Qué  tan  grande  tiene  que  ser  el  tanque  portable  para  que  la  presión  del  neumático  pueda  llegar  a  7  bar  si  el  aire  se  lo  deja  fluir  hasta  que  llega  a  la  misma  presión  que  en  el  neumático?  Asume  que  la  presurización  ocurre  sin  ninguna  perdida  de  calor.  Para  este  tamaño  de  tanque;  ¿Cuál  sería  la  temperatura  en  el  tanque  y  en  el  neumático  inmediatamente  después  de  la  compresión?