prÁctica de termodinÁmica

TERMODINAMICA I

PRÁCTICA DE TERMODINÁMICA

1.- Un cilindro que está provisto de un pistón libre de fricción, contiene 5Kg de vapor de refrigerante R-134a, sobrecalentado, a 1000 Kpa y 140° C. Este dispositivo se enfría a presión constante hasta que el R-134a alcanza una calidad de 25%. Calcule el trabajo que se realiza en el proceso.

2.-Considérese el proceso descrito en el problema 14 del capítulo 2. Para un volumen de control que comprende el espacio dentro del cilindro, determine el trabajo, por movimientos de los límites, que se realiza desde el punto en que por primera vez se abre la válvula(Cuando el pistón descansa, en el fondo del cilindro) hasta el estado final que se da en el problema 14 del capítulo 2.

VERUSKA SAN MIGUEL TERAN

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3.- Un resorte no lineal tiene la relación de fuerza contra desplazamiento F=Kns (X - Xo)n. Determine la fórmula para el trabajo requerido, si el extremo del resorte se mueve a x1

desde el estado relajado.

4.-El refrigerante R-22 está contenido en un conjunto de cilindro y pistón como se muestra la figura, donde el volumen es de 11 L cuando el pistón llega a los soportes. El estado inicial es de – 30° y 150 Kpa con un volumen de 10 L. Este sistema se retira de la intemperie y se calienta hasta 15°C.a) ¿Se encuentra el pistón sobre los soportes en el estado final?b) Encuentre el trabajo el trabajo que realiza el R-22 durante este proceso


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5.- El conjunto pistón y cilindro que se muestra en la figura, contiene dióxido de carbono a 300 Kpa y 100°C con un volumen de 0.2 m3. Se adiciona masa con una rapidez tal que el gas se comprime de acuerdo con la relación PV1,2 = ctte hasta una temperatura final de 200°C. Determine el trabajo realizado durante el proceso.

6.-Un gas que inicialmente se encuentra a 1 MPa y 500°C, está contenido dentro de un conjunto de pistón y cilindro con un volumen inicial de 0.1 m3. A continuación el gas se expande lentamente con la relación de PV=ctte, hasta alcanzar una presión final de 100 Kpa. Determine el trabajo para este proceso.


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7.- Un cilindro provisto con un pistón contiene propano a 100 Kpa y 300 K, con un volumen de 0.2 m3. Ahora el gas se comprime lentamente de acuerdo con la relación PV1.1= ctte, hasta una temperatura final de 340 K.

8.- El espacio de gas sobre el agua en un recipiente cerrado contiene nitrógeno a 25° y 100 KPa. El volumen total del recipiente es de 4 m3 y hay 500 kg de agua. Si se supone que la temperatura siempre permanece constante, encuentre la presión final del nitrógeno y el trabajo realizado sobre el nitrógeno durante este proceso.


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9.- Dentro de un cilindro se comprime vapor de amoniaco por acción de una fuerza externa que actúa sobre un pistón. El amoniaco se encuentra inicialmente a 30 °C y 500 Kpa, y la presión final es de 1400 Kpa. Se han medido los siguientes datos para el proceso.Presión (Kpa)

500 653 802 945 1100 1248 1400

Volumen (L) 1.25 1.08 0.96 0.84 0.72 0.62 0.50a) Determine el trabajo que el amoniaco realiza en el procesob) ¿Cuál es la temperatura final del amoniaco?


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10.- Un conjunto de pistón y cilindro con volumen inicial de 0.025 m3 contiene vapor de agua saturada a 200 °C. El vapor se expande en un proceso isotérmico en cuasiequilibrio hasta una presión final de 200 Kpa, mientras realiza trabajo contra el pistón.a) Determine el trabajo que se realiza en este proceso.b) ¿Qué tan diferente es el trabajo calculado si se supone que el gas es ideal?

11.-Un cilindro que tiene un volumen inicial de 3 m3 contiene 0.1 Kg de agua a 40°C. Entonces se comprime el agua en un proceso isotérmico en cuasi equilibrio hasta que tiene una calidad de 50%. Calcule el trabajo que se realiza en el proceso.


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12.- 2 Kg de agua se encuentran de un conjunto de pistón y cilindro con un pistón que carece de masa, sobre el cual actúa un resorte lineal y la atmósfera exterior. Inicialmente la fuerza del resorte es 0 y P1 = P0 =100 KPa con un volumen de 0.2 m3. Si el pistón justamente roza los soportes superiores el volumen es de 0.8 m3 y T=600°C.Ahora se agrega calor hasta quela presión alcanza 1,2 MPa. Encuentre la temperatura final, represente el diagrama P-V y encuentre el trabajo que se realiza durante el proceso.


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13.- Suponga el mismo sistema del problema anterior, pero permita que el pistón quede sujeto por un perno. Si el agua se calienta hasta tener vapor saturado, encuentre la temperatura final, el calo y el trabajo1 y 2.

14.- Un tanque A de 400 L contiene gas argón a 250 KPa y 30°C. El cilindro B, que tiene un pistón libre de fricción, con una masa tal que una presión de 150 KPa lo hará flotar, inicialmente se encuentra vacío. La válvula se abre y el argón fluye al interior de B hasta que alcanza un estado uniforme de 150 Kpa y 30°C. ¿Cuál es el trabajo que realiza el argón.


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15.- Un cilindro que contiene 1 Kg de amoniaco tiene un pistón con una carga externa. Inicialmente el amoniaco se encuentra a 2 Mpa y 180°C. Se enfría a vapor saturado a 40°C y se enfría aún más hasta 20°C, punto el cual la calidad es de 50%. Encuentre el trabajo total para el proceso, suponiendo que la variación de P frente a V es lineal.


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16.-Un radiador de vapor en un cuarto a 25°C tiene vapor de agua saturado a 110 Kpa que fluye a través de él cuando se cierran las válvulas de entrada y salida. ¿Cuál es la presión y la calidad del agua cuando se enfría a 25°C? ¿Cuanto trabajo realiza?

17.-Un cilindro con A= 7.012 cm2, está provisto de 2 pistones; el superior con mp1= 100 Kg, descansa inicialmente sobre los soportes. El pistón inferior mp2= 0 Kg, se encuentra sobre 2 Kg de agua y ambos pistones están conectados por un resorte que se encuentra en el vacío. Cuando el pistón inferior descansa sobre el fondo, la fuerza del resorte es 0 y cuando el pistón inferior choca con los soportes el volumen es de 0.3 m3. El agua, que inicialmente está a 50 Kpa, V= 0.00206 m3, se calienta hasta vapor saturado.


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PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

1.-Determine:a) H2O ; µ= 2390 KJ/Kg ; v= 0.46 m3 ; h=? ; T=? ; x=?a) H2O ; µ= 1200 KJ/Kg ; P= 10 Mpa ; T =? ; x =? ; v=?a) R-12 ; T= -5°C ; P= 300 Kpa ; h=? ; x=? a) R-134a ; T= 60°C ; h=430 KJ/Kg ; v=? ; x=?a) NH3 ; T= 20°C ; P= 100 Kpa ; u=? ; v=? ; x=?


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2.- Determine las propiedades faltantes y proporcione la fase de la sustancia.a) H2O T=120°C v=0.5 m3/Kg u=? P=? x=?b) H2O T=100°C v=0.5 m3/Kg u=? P=? x=?c) CO2 T=800°C v=0.5 m3/Kg v=? u=? d) Ne T=100°C v=0.1 m3/Kg P=? x=?e) CH4 T=190°C x=0.75 v=? u=?


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3.- En un depósito rígido de 200 L hay amoniaco a 0°C con 60% de calidad. El depósito y el amoniaco se calientan hasta una presión final de 1 Mpa. Determine la transferencia de calor para el proceso.


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4.-Un conjunto de pistón y cilindro contiene 1 Kg de agua como se muestra en la figura. Sobre el pistón actúa un resorte; el pistón descansa inicialmente en unos topes. A una presión de 300 Kpa el pistón flotará, y a un volumen de 1.5 m3, la presión de 500 Kpa equilibrará el pistón. El estado inicial del agua es de 100 Kpa con un volumen de 0.5 m3. Se agrega calor hasta alcanzar una presión de 400 Kpa.a) Determine la temperatura inicial y el volumen final.b) Calcule el trabajo y la transferencia de calor en el proceso y trace el diagrama P-V


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5.- Un cilindro vertical equipado con un pistón contiene 5 Kg de R-22 a 10°C, como s muestra en la figura. Se transfiere calor al sistema, lo que hace que el pistón se eleve hasta que llega a un grupo de topes, punto en el cual se ha duplicado el volumen. Se transfiere calor adicional hasta que la temperatura en el interior alcanza los 50 °C, punto en el cual la presión dentro del cilindro es 1.3 Mpa.a) ¿Cuál es la calidad en el estado inicial?b) Calcule la transferencia del calor para el proceso global


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6.-Un cilindro provisto de un pistón restringido por un resorte lineal tiene un área transversal de 0.05 m2 y un volumen inicial de 20 L, como se muestra en la figura. El cilindro contiene amoniaco a 1 Mpa y 60°C. La constante del resorte es de 150 KN/m. El sistema cede calor y el pistón se mueve hasta que se realizan 6.25 KJ de trabajo sobre el amoniaco.a) Determine la temperatura final del amoniaco.b) Calcule la transferencia de calor para el proceso.


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7.- Un globo esférico contiene 2 Kg de R-22 a 0°C, con calidad del 30%. Este sistema se calienta hasta que la presión en el globo llega a 600 Kpa. Entre los límites de las variables de este proceso, se puede suponer que la presión en el globo es directamente proporcional al diámetro del mismo ¿Cuál es la transferencia de calor?


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8.- Considere al sistema que se muestra en la figura. El depósito A tiene un volumen de 100L y contiene vapor saturado de R-134a a 30°C. Cuando la válvula se abre fisurándose, el R-134a fluye lentamente hacia el cilindro B. La masa del pistón requiere una presión de 300 Kpa en el cilindro Bpara elevar el pistón. El proceso termina cuando la presión en el depósito A se ha reducido a 300 Kpa. Durante este proceso se intercambia calor con el entorno de modo que el siempre permanece a 30 °C. Calcule la transferencia de calor para este proceso.


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9.-Un conjunto de pistón y cilindro tine un resorte lineal; la atmósfera eterior actúa sobre el pistón, como se ilustra en la figura. Contiene agua a 3 MPa y 400 °C y su volumen es de 0.1 m3. Si el pistón se encuentra en la parte inferior, el resorte ejerce una fuerza tal que se requiere una presión interior de 20 KPa para equilibrar las fuerzas. Ahora el sistema se enfría hasta que la presión alcanza 1Mpa. Determine la transferencia de calor en el proceso.


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10.- Un conjunto de pistón y cilindro contiene 5Kg de agua a 100°C con calidad del 20 % y la masa del pistón de 75 Kg, descansa sobre unos topes, como se muestra en la figura. La presión exterior es de 100 Kpa, y el área del cilindro es de A= 24.5 cm2. Se adiciona calor hasta que el agua alcanza un estado de vapor saturado. Determine el volumen inicial, la presión final, el trabajo y la transferencia de calor y construya una gráfica P-v


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11.- Se conectan 2 depósitos mediante una válvula y una tubería como se muestra en la figura. Ambos volúmenes son de 1 m3. En el depósito A has R-134a a 20°C con una calidad del 25% y el depósito B está vacío. La válvula se abre y fluye vapor saturado de A a B hasta que se igualan las presiones. El proceso ocurre lentamente de modo que las temperaturas permanecen a 20°C durante el proceso. Determine la transferencia de calor total para el refrigerante durante el proceso.


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Un cilindro tiene un pistón restringido por un resorte lineal, contiene 0.5 Kg de vapor de agua saturado a 120 °C como se muestra en la figura. Se transfiere calor al agua, lo que hace que el pistón se eleve y durante el proceso. La fuerza de resistencia del resorte es proporcional a la distancia que se mueve. La constante del resorte es de 15 KN/m. El área transversal del pistón es de 0.05 m2

a) ¿Cuál es la presión en el cilindro cuando la temperatura inferior llega a 600°C?b) Calcule la transferencia de calor en el proceso.


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