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    B 1sicas

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    roblemario

    de termodinmic

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    4/34

    j 2 r J Y 8 l

    e

    8 2S 129?-o

    Problemario

    de

    termodinmica

    Luz M a r a ~ a r c a Cruz

    Francisco Me ma Nicolau

    ZC POTZ LCO

    c ( ~ : \ I' r

    :.\.Io. .,-.::,.

    ...

    8 9 3 ~ U

    lA\

    AU 1 OIIA

    E I ~ l ' O u r A

    c _ _ Aua,lw ct

    Divisin

    de

    Ciencias Bsicas e

    Ingenieria

    Departamento de

    Cienc

    ias

    Bsicas

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    5/34

    UAM

    IZClPOTZHCO

    RECTOR

    Muo . Vctor Manuel Sosa Godnez

    SECRU

    RI

    O

    Mtro . Cristian Eduardo Leriche Guzmn

    C

    OO

    RDINADORA

    G N

    ERAL DE

    s

    A

    RR

    OLLO A CADI :MICO

    Mtra . Mara Aguirre

    Tamez

    C OORDINADORA DE EXT ENSI N U NIVERSIT RIA

    DCG Ma . Tere

    sa

    Olalde Ramos

    JH DE LA SECC IN

    DE PRQOU

    CC INy DISTR IBUC1N EDlTOlll ALES

    DCG S

    il

    via Guzmn Bofill

    ISBN : 970-654-5999

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    6/34

    PRESENTACIN

    Las pginas

    que a continuacin

    se

    presentan

    t i e -

    nen por objeto auxi l ia r a los alumnos del curso

    de T e r m o d i n ~ i c a

    En e l las se .plantean una

    se r ie de problemas

    cuya

    soluci6n

    aparece

    en las

    pginas f ina les

    Este

    problemario fue

    realizado

    por

    l a

    p r o f e s ~

    ra

    Luz

    Ma

    Garc1a Cruz bajo la supervisin del

    Dr

    rancisco ~ e d i n a

    Nicolau

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    7/34

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    8/34

    7

    =2Smm

    0.1 Un gas est con teni do en dos

    ci l indros A B conectados por un

    pis tn de dos d imetr os

    di feren

    tes

    como

    se muestra

    en la

    figura.

    La masa

    del

    pistn es de 10 kg Y

    la

    presin

    del gas dentro del ci-

    l indro A

    es

    de 200 kPa. Calcular

    la

    presin

    en el ci l indro B.

    0.2

    Calcular

    la masa de aire contenido en un

    cua

    rto de 6)

    10)

    (4)m 3

    s i

    la

    presin

    es

    de

    1

    00

    kPa

    la

    temperatura

    de

    25C

    R

    = 0.287 kJ/kgK.

    0.3 Un tanque de 0.5 m

    3

    contiene 10 kg de un gas ideal de peso

    molecular

    24

    a u ~ te mperatura de 250 . Calcular su presin.

    0.4 Un

    globo

    esfrico t iene un

    radio

    de Sm La

    presin

    atmosfri

    ca

    es de

    100 kPa y la temperatura es

    de

    20

    0

    e a)

    Calcular

    la ma

    sa

    y e l

    nmero de

    moles

    de ai re

    que

    desplaza este g lobo.

    Si el

    globo se

    llena

    con '

    helio

    a '

    lOO

    kPa 20C) b)

    calcular

    la

    masa

    el nmero de moles de

    heli

    o .

    0.5

    ~ cil indro vert ical

    equipado

    con un pistn

    sin

    fr iccin un

    juego de

    topes,

    como

    se

    muestra

    en

    la

    figura,

    contiene

    aire.

    El

    rea transver

    sal

    del pistn es de

    0.2m

    2

    y el

    aire

    est originalmen

    te

    a 200 kPa 500C.

    Entonces se

    enfr a el aire como resultado de

    la t ransferencia de calor a los

    alrededores.

    Calcular: a) la tem-

    peratura de l aire dentro

    del c i

    l indro

    cuando el pistn l lega a

    los topes,

    b) la

    presin dentro

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    8

    del cil indro s i

    se

    contina

    el

    enfriamiento hasta

    que

    la t e m p e r ~

    tura l lega

    a 20C.

    0.6

    Una

    esfera metlica de 150 mm de dimetro in ter ior se pesa

    en una

    balanza

    de

    precisin,

    primero

    cuando

    e s t ~

    vacia

    despus

    cuando

    ha

    sido llenada con

    un gas

    desconocido hasta

    que la pre -

    si6n

    es

    de 879

    kPa.

    La diferencia

    en peso es

    de 0.0025 kg. La

    telnperatura del cuarto

    es

    de

    25C. Suponiendo que es una sustan-

    c ia pura i den t i f i ca r

    e l gas

    .

    0 .7 Sobre el mbolo de un ci l indro de paredes d i b ~ t i c s que

    contiene

    un gas

    ideal perfecto se coloca una

    masa de 10 kg.

    Cuando ha

    descendido

    10 cm ,

    su velocidad es

    de 0.7 mIs

    Determi-

    nar

    e l

    aumento

    en

    la

    energ1a

    interna del

    gas.

    0

    .8 Un gas ideal

    perfecto est encerrado en un recipiente de

    paredes d i b ~ t i c s mviles. La presin de

    los alrededores en

    un

    poco

    s

    uperior

    a

    la

    del

    gas,

    por 10 que 10 comprimen, efectuando

    un

    t rabajo

    de 1

    00 kJ. Calcular: a) e l

    aumento en

    la

    energa

    del

    gas

    ,

    b) la presi6n del

    gas

    s i

    el volumen

    disminuye

    en

    0.33

    m

    S

    .

    Si

    su temperatura aumenta

    en l

    O

    y

    contiene 9.916 kg, e) ident i -

    f icar el

    gas. Si

    la temperaturainicial

    es

    de 300 K, d

    calcular

    la variacin en la

    presi6n

    del gas debida a la compresin.

    0.9

    Durante un proceso

    un gas perfecto

    abs

    o

    rbe

    10 0 kJ

    de energa

    en forma

    de calor efecta un determinado trabajo .

    Determinar

    este

    t rabajo

    cuando

    a) la temperatura

    del

    gas permanece

    constan-

    te durante el proceso, y

    b) la temperatura al in ic iarse

    el p r o c ~

    so

    es

    igual a

    la

    temperatura al

    f ina l izar

    e l proceso.

    10.

    Un

    gas

    se

    encuentra

    en

    un recipiente ci l ndr ico ver t ica l de

    paredes adiab ticas cerrado

    por

    un

    mbolo

    de

    0.01

    m

    2

    Inicialmen

    te se

    encuentra

    a

    la

    presi6n de

    0.1

    MPa.

    Sobre

    e l

    mbolo se colo

    ca sin velocidad in ic ia l un cuerpo cuyo

    peso es

    de 0 . 1 kN Y se

    desplaza hacia abajo hasta detenerse despus

    de recorrer

    0.05 m

    Calcular:

    a) la presin externa que acta sobre e l gas, b) la va

    r iac in

    en el

    volumen

    del

    gas, e) e l

    t rabajo

    real izado sobre

    e l

    gas

    por la

    presi6n atmosfrica

    , d e l t rabajo real izado por

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    9

    el peso del cuerra, e l el trabajo realizado

    por los

    alrededores

    sobre

    el gas,

    f

    presin media que el gas ejerce sobre

    los

    a l r ~

    dedares

    y g) la elevacin en la temperltura del gas s i c T) =

    _ 1

    20 JK

    11.

    Un gas

    ideal y

    perfecto

    experimenta

    los cambios

    pol i t r6pi

    cos

    mostrados en el diagrama . Clasif icar como

    verdadera

    v) o

    f a l sa f ) cada una

    de

    las re lac iones

    indicadas

    a la

    derecha

    del

    diagrama.

    a)

    T. O

    D

    P4 < P,

    O

    L1U

    , .. , ;:;W

    2

    - .

    3

    O

    T > T

    2

    O

    W)-.4 < O

    O

    2

    V

    2

    > VI

    D

    W

    2

    .,.3

    >0

    O

    3

    V

    TI>

    T

    D

    ..U.

    =

    W

    4

    ....

    D

    h)

    p

    V,

    >

    V,

    D

    L1U > , ~

    D

    P

    4

    < P,

    O

    w. ... < O

    O

    isotenn

    n

    T) 0

    O

    4

    3

    T]

    >T

    4

    O

    Q

    '

    J L1U

    > , O

    2

    .

    V T, < T ,

    D

    L1U

    4

    -

    . -W

    ...

    D

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    11/34

    10

    e )

    r

    T [ < T)

    O

    W

    ....

    2

    4" Q J > 4

    O

    Q=O

    O

    O

    V )

    ;:;

    V

    4

    W4 + 1

    < O

    V

    T

    J

    O

    O

    12 . 2 kg de he l io experimentan

    los cambios poli

    trpicos mostra-

    dos en e l diagrama . Llenar los espacios vacos en la t ab l a . R =

    2 .

    077 kJ/kgK

    .

    p

    P/k a V/m T/K

    P

    V T

    K

    1

    4.62

    1--

    2

    360

    555

    1.73

    3

    10.0

    O

    4

    . 3

    TOTAL

    ~ V

    1 3. 2 kg de n

    i t r6geno

    efectGan un c i clo

    compuesto por t r

    es cam-

    b

    ios

    def in i dos p OI' l

    os

    respectivos

    val

    o res de K . Lle nar los e s p

    cios vac

    os

    en la

    t a

    bla y esboza

    r e l

    diagrama de

    l cic l o en

    e l

    p l an o Vp . R 0 . 297 kJ/ kgK .

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    11

    1 P

    P/kPa V m

    T K

    tl

    P tlV tlT

    K

    1

    2.1

    TI

    2

    3 4

    364

    L ~

    o

    3

    1

    TOTAL

    14

    3 kg de aire efectan

    un

    ciclo compuesto por

    tres

    cambios

    politr6picos definidos

    por los respectivos

    valores

    de K Llenar

    l

    os espacios vacios

    e n

    la tabla y esbozar e l

    d iagrama

    del i lo

    en l plano Vp

    R

    =

    0 287

    kJ/kgK

    p

    PIkPa V

    1m T/K

    tlP tlV tlT

    i--

    _

    > V

    K

    1 1

    rf.;

    o

    2

    2 0

    fu

    3

    350

    1

    TOTAL

    1

    5

    3 kg

    e

    nit r6geno experimentan los cambios pOlitr6pic?s n\os-

    t rados en e l diagrama Ll

    enar

    105

    espacios vactos

    en la tabl a

    R

    =

    0 297

    kJ kgK

    .

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    12

    P/kPa V/m T K

    P

    t t.V t T

    400

    673

    lA

    2

    196

    f

    20

    3

    4.0

    >

    1.68

    3

    TOT

    AL

    v

    16

    . 2 kg

    de

    he l io efectan un c i c lo compuesto

    por

    cuat r o camb i os

    pol i tr6picos

    def

    i nidos por

    los

    r espect ivos valores de K .

    Llenar

    los

    espacios

    yacios y

    esbozar e l

    diagrama

    del c i c lo

    en e l

    plano

    . R

    =

    2 .

    077 kJ/kgK c i c l o de

    Carnot)

    P

    PIkPa

    T/K

    K

    1 1.

    60

    600

    1

    0

    2 12

    ~

    f

    3

    0.36

    1.0

    2.52

    f

    4

    1 68

    1

    -

    _______________

    v

    1 7 .

    1 kg

    de aire R = 0 .

    287

    kJ/kgK)

    efecta

    e l

    c i c lo formado

    por

    los

    cuatro cambios pol i tr 6picos

    mostrados

    en

    la f ig ura . Llenar

    los

    espacios vac{os

    de

    la tab

    l a sabiendo que V

    z

    =

    V,/8

    ciClO

    Otto

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    14/34

    13

    3

    P/kPa

    T/K

    K

    4

    2

    lA

    1 0.1

    288.2

    r--

    2

    t

    3

    3 74

    r--

    v

    ---

    1

    18 . 1 kg de

    ai re

    R

    = 87

    k

    J/kgK)

    efec ta e l

    c i clo

    form

    ad

    o por

    los

    eua tro cambios po I i

    t l

    pi

    co

    s mos trados en

    la figura

    .

    Lle

    na r

    los espacios va cios de

    la tabla sabielldo

    que V

    = V

    1

    /16

    (cic

    l o

    Diesel)

    .

    p

    P/kPa

    V/m

    T/K

    1 0.1 288.2

    1.4

    2

    3

    0.16

    -

    lA

    ---

    4

    ---

    1

    V

    19,- 1 kg de

    aire

    R:: 0 . 287

    kJ/kgK)

    efe t a

    e l i lo

    formado por

    lo s cuat ro cambios pol i t rpico s ostntdos en la

    f i

    gu ra. Llenar

    lo s

    espacio

    s vacios de

    la

    tabla S

    upo

    l i endo que V

    z

    = V

    1

    / 10 (ciclo

    St i r l ing .

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    15/34

    14

    P

    3

    PIkPa TK

    K

    1 01 288.2

    r o

    2

    2

    to

    3

    2000

    4

    1

    -

    -

    ----------------v

    20.

    1 kg de

    aire

    [R =

    0.287

    kJ/kgK efectDa el

    ciclo

    f

    or

    mado

    por

    l os cuatro cambios politr6picos s t r8dos en

    la

    figura . Llenar

    los espacios vacos de la tabla sabiendo que V

    2

    V

    1

    / 10

    cic lo

    Er

    sso

    n ) .

    PIkPa

    V/m

    T/K

    P

    2

    3

    K

    1 0 1

    288.2

    2

    f o

    3 2 46

    ----

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    16/34

    ' 5

    21

    . Un gos perfecto

    efectGa

    105 s i

    guientes cambios:

    en forma adiab5

    t i ca

    pasa

    del estado

    1

    al

    2

    efec-

    tuando un

    trabajo

    de

    540

    kJ; a

    t e ~

    peratura constante

    pasa de]

    estado

    2

    al

    3 cediendo 300 kJ de calor .

    i L l e l ~ n la tabla

    .

    Si

    C

    v

    =

    3

    T/K

    1

    >

    kJ/K

    Y T

    3

    300 K, i i

    Calcula

    r

    T, T

    Z

    22 . Un gas

    perfecto

    efectOa

    los s iguientes camb i

    os:

    a

    v o

    men constante pasa del estado

    1

    a l

    2

    aumentando su energa

    en 200 kJ;

    pasa del

    estado 2

    al 3 en forma adiabtica efee

    tuando un trabajo de 200 kJ .

    i

    Llenar la tabla

    .

    Si

    C

    v

    25

    kJ K

    Y T

    Z

    300

    K,

    i i Calcu -

    l a r

    T T

    3

    23

    Un

    gas

    perfecto

    efecta

    los siguientes cambios: . en

    forma adiabit

    i ca

    pasa

    del ~ s

    ta

    do

    1

    a l

    2 efectuando un tra

    bajo de 150

    kJ;

    a

    temperatura

    cons t an t e

    pasa del

    estado 2

    al

    3 cediendo 200

    kJ

    de

    ca

    l o

    r

    i Llena r la tabla . i C

    V

    :;: 20

    kJ K Y T 500 K, i i Calcu-

    l ar T

    Z

    yT

    3

    T/K

    Tolal

    T K

    1

    >

    IIVlkj Qlkj

    Wlkj

    1

    2

    3

    3

    Vlkj Qlkj W kj

    1

    2

    3

    IIVlkj

    Qlkj

    Wlkj

    1

    2

    3

    3

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    17/34

    24. Un gas perfecto efecta

    los s iguientes c3f11bios: a t ~

    ~ t u r constante pas3

    del

    estado

    1

    al

    2

    absorbiendo

    300

    kJ de calor; pas a del estado

    2

    al

    3 en forma adiabtica re

    cibiendo

    un trabajo de 540 kJ.

    i Llenar

    la tabla

    Si

    C

    v

    3

    kJ/K

    Y 13 = 300 K,

    i i

    Calcu-

    la r

    T y 1

    2

    6

    /K

    l

    >

    11V kj

    Q/kj

    W/kj

    1

    2

    3

    3

    25 Un sistema consti tudo por 2 kg de hel io

    v

    = 3 12 kJ/kgK)

    efectGa un c ic lo de Carnot

    absorbiendo

    1600 kJ de

    calor

    a la t e ~

    peratura de 600 K

    se

    expande a

    continuaci6n

    en forma adia

    bi

    t ica

    realizand o un trabajo de 1500 kJ; despus mediante una compresi6n

    isotrmica cede

    986

    kJ de calor y regresa

    finalmente al

    estado

    in ic i l por una

    compresin

    adiabtica Calcular las

    ca

    n tidades

    pedidas en la tabla.

    T K

    IIV/k

    Wk

    fl

    J

    J

    J

    600

    1

    2

    3

    4

    ;

    1

    TOla

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    18/34

    17

    26 . 1 kg de aire

    ce

    = 0 . 72

    kJ/kgK) efec taa

    un

    c ic lo Otto

    .

    Es

    com

    V -

    primida

    en

    forma adiabt ica real izndose sobre l

    un

    trabajo de

    278

    kJ;

    por un proceso

    i

    soc6rico su temperatura se eleva en

    2498

    K;

    luego

    en

    la

    expansin

    adiabt ica efecta

    un

    trabajo

    de

    1300

    kJ Y

    r etorna

    al

    estado

    i ,nie i a l

    en

    forlTla

    i socrica El trabajo ne-

    to

    efectuado

    es

    de 1022 kJ . Calcular las cantidades pedidas en

    la

    tabla,

    T/K

    l

    i \ V/kj Q/kj W/kj

    676

    2

    3

    4

    l

    To,a l

    27 . Un

    gas ideal y perfecto experimenta los

    cambios p

    o l i t rp i -

    cas

    mostrados

    en e l

    diagrama

    .

    Clasi f ica

    r como

    verdadera v)

    o

    fa l sa

    f )

    cada

    una

    de

    las

    r

    elaciones

    indicadas

    a

    la

    derecha

    del

    diagr,ama .

    a)

    T

    PI

    >

    P

    D

    l :;:

    o

    D

    3

    v

    T

    D

    S

    >

    S

    D

    dv

    Q

    2

    P > P

    D

    Q

    '

    2 =

    T,

    L .S -. D

    4

    S

    S,

    > S ,

    O

    L

    s

    ..

    > O

    O

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    19/34

    18

    b)

    V

    3

    O

    O

    dv

    ;O

    ----

    AS 1-+

    2

    PI

    O

    2:::Cv D..Tl ....

    4

    S

    S3-

    S

    .0

    S S = O

    D

    e)

    T

    TI

    O

    D

    2 3

    P

    .

    43 .

    Un

    s i s t ema que cons ta de 4 kg de

    a iTe

    se ve su j e to a los

    cambios s iguientes: mediante una expansi6n isobr.ica revers ible

    su volumen aumenta

    en

    1.32 10

    3

    ; a continuacin , por un proceso

    i s e n t r pico su

    t empera tura

    disminuye en 78

    K;

    f ina lmente

    , d q u i ~

    re

    l a

    temperatura i n i c i a l a l poner

    l o en

    contacto trmico

    a

    volu-

    men

    constante con

    un almacn . Llenar

    la tab la

    .

    1

    plkPa V/m T

    Ik

    f,S

    kjK

    _

    150

    350

    S i

    stema

    Alredcd.

    Universo

    2

    3

    4

    1 > .

    44.

    Un sistema

    que consta de

    3 kg

    de

    hel io

    inicialmente

    a

    la

    te

    mper

    atura de

    300 K

    se ve sujeto

    a

    los

    cambios

    s iguientes: una

    expansin l i b r

    e

    dentro de un

    rec ipiente

    de

    paredes rfgidas

    adia-

    bticas

    hasta

    dU?licar

    su

    volumen; a

    continuacin

    , mediante una

    compresin

    i sentr6pica

    J

    alcanza un

    volumen

    cuyo

    valor es igual

    al volumen

    in ic ia l ; f i nalmente , l lega a la temperatura

    in ic ia l

    a

    l

    pOllerlo en contacto t ~ r m i c o

    a volUlnen

    constante) con

    un

    allna

    cn. Calcular

    l

    as cantidades pedidas en la tabla .

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    25/34

    24

    T k

    tlS kj

    K-'

    Sistema

    Alredt:d Universo

    I

    2

    Total

    45 Un sistema efecta un

    ciclo

    absorbiendo una

    cantidad

    Qa de

    calor

    de un

    almac n trmico

    a l

    temperatura

    15 = 600

    K;

    re l i -

    zando

    un

    trabajo neto

    W

    y cediendo

    una

    cantidad Qc

    de

    calor

    a un

    l m ~ n a l

    temperatura

    Te = 300 K, como

    se i lus t r en e l

    dia

    gTalna. Considerando

    que

    l energla

    se conserva,

    indicar para ca

    da uno de los casos siguientes

    s i

    e l cic lo es revers ib le , i r re -

    vers ible

    o imp

    osible

    .

    Almacn

    Ts

    Almacn

    Te

    Qa

    Qc

    w

    al Qa = 400 kJ Y Qe = 150 kJ

    bl Q. =

    400

    kJ Y W =

    200

    kJ

    el

    W

    = 200

    kJ

    Y

    r

    = 40

    46

    .

    Un sistema efeetGa

    un cic lo

    absorbiendo

    500

    kJ

    de

    calor

    de

    un

    almacn trmico

    a 500 K,

    realizando

    un

    trahajo neto

    W

    y ce

    diendo

    '

    una

    energa

    Qc

    a un

    almacn

    trmico

    a 350 K.

    Suponie

    ndo

    que la energfa

    se COllserva

    indicar para cada uno de los casos s i

    guientes

    s i el cic lo es revers ible . i r revers ib le o imposible .

    a)

    re l iz un

    t rabajo neto de

    I

    S kJ

    b) e l

    rendimiento

    es

    del 50

    e) cede

    450 kJ de

    calor

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    26/34

    25

    47.

    Un sistema efecta un ciclo

    absorbiendo

    300 kJ de calor de

    un almacn a 300 K; cediendo una cantidad de

    calor

    Qc

    a un a l-

    macn

    a 600

    K.

    El

    trabajo

    neto

    que

    debe

    sUlninistr irsele al

    s is

    tema es

    W

    Suponiendo que la energia se conserva;

    indicar ,

    en

    cada uno de

    los

    casos

    s iguientes , s i

    el c ic lo

    es revers ible ,

    i r revers ib le o imposible:

    al W

    =

    400

    kJ

    bl Qc

    500 kJ

    el

    W

    =

    300

    kJ

    48.

    Un

    sistema

    efectaa

    un cic lo operando

    entre

    dos almacenes

    trmicos

    a las temperaturas de 400 K Y 600

    K.

    Suponiendo que

    la energa

    se

    conserva; indicar ,

    en cada uno

    de los

    casos 5 i-

    guientes, s i el ciclo es reversible i r reversible o imposible:

    al

    El sistema

    absorbe 500 kJ de calor

    del

    almacn a 600 K

    Y real iza un ciclo

    con

    un rendimiento de 70

    b

    el

    sistema

    absorbe 300 kJ

    de

    calor

    del

    almacn a 400 K Y

    cede una determinada cant idad de

    calor

    a l almacn a 600 K.

    El

    t rabajo

    neto

    que debe suminis trrse le al sistema es de 150 kJ

    e El

    sistema

    absorbe 600 kJ de calor

    del

    almacn a

    mayor

    tem-

    peratura

    y

    cede

    450 kJ de

    calor

    al almacn a temperatura menor

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    27/34

    26

    49 . Se desea disear un dispos i t ivo t l que l

    efectua

    r un

    i ~

    e le

    absorba la energa Qa

    de

    un

    almac

    n

    trmico

    a 4 K

    ceda

    una

    energa Qc

    a un almacn a 200 K Y

    efec t

    6e un t

    rabajo

    W

    so

    br e

    los

    alrededores

    .

    En

    la

    tabla se presentan

    algunas

    prop

    u

    estas

    pa -

    ra lo s

    valores

    de Qa

    J

    Qc

    Y W

    Clasif icar

    cada

    una de

    e l l s como :

    :

    posible reve

    r

    sible

    :

    la energa se

    conserva

    y

    l a

    entrop a del

    universo es constan t e ;

    2:

    posib

    l e

    irreversible

    :

    la

    ene r g a se conserva

    y

    l a en

    tr opa

    del

    universo

    aumenta ;

    3:

    imposible: la

    e

    ne rga

    no

    se conserva y la entropa del univer

    so

    au

    menta

    .

    4 : imposible:

    l a

    energa se conserva

    l

    entropa

    del

    universo

    disminuye;

    5 : i mposible: l a energa n o

    se

    conse r

    va la

    entrop a

    de 1

    univ

    er

    so

    disminuye;

    6:

    i mpo5ib

    le:

    l a

    energa

    no se

    conserva

    l

    en

    tr

    op a del uni

    ve r

    so es

    con

    stante

    .

    Qa kJ 400

    400 400

    600 200 600 200 600

    500 800

    Qc kJ 200 150 250 300 100 375 75 300 100

    300

    W kJ

    2 0 100 150

    500 75 150 50 300 400

    500

    Clasif

    1

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    28/34

    27

    Soluc iones

    1. 1.9 MPa

    2. 280.6 kg

    3. 2.06 MPa

    4. a 623 kg, 21.5 kmo l ; b 86 kg 21.5 kmol

    5 .

    a

    386.5

    K

    b

    151.6

    kPa

    6 .

    hel io

    7 .

    7.36 J

    8.

    9.

    10.

    a

    100

    kJ,

    b

    303 kPa, e

    hidr6geno

    ,

    d

    3.48 kPa

    a

    100

    kJ,

    b

    100 kJ

    a

    l lO

    kPa,

    b

    -5

    10-

    4 3

    e

    5

    x

    1 0 -

    2

    kJ,

    d

    m

    e

    55

    - 3

    x

    10

    kJ ,

    f 10 0 kPa

    g

    2 . 75 K

    11.

    a

    v,

    f f

    f

    v

    f

    f v,

    v,

    f

    b

    f f

    f v

    v,

    v

    v, f v,

    v

    e

    v,

    f

    v, v, f

    v,

    v

    v, f , v

    12.

    P

    1

    360

    kPa ,

    P

    3

    =166

    .

    3kPa,

    T

    3

    =

    T

    1

    13.

    P

    1

    l l 9

    kPa

    =

    P

    3

    T

    3

    =

    681 ,

    14

    K

    14.

    T

    2

    409.76

    K

    V

    1

    3

    3

    P

    3

    =

    176.

    4

    kpa

    m

    15.

    z

    2.5

    3

    P

    3

    =

    76 . 56

    kPa

    16.

    P2

    0.80

    MPa

    T

    3

    =435

    . 3

    K

    V

    = 5 . 03

    m

    3

    17.

    P

    2

    1.

    94

    MPa

    P

    4

    0.47

    MPa ,

    T

    4

    13 59 . 23

    K

    18.

    P

    4

    0

    .4

    8

    MPa , T

    2

    875.12

    K

    T

    4

    1388.15

    K

    19 .

    P

    2

    1.0 MPa

    ,

    P

    3

    6.92

    MPa

    T

    4

    = 2000

    K

    20. V

    4

    24 6 m

    3

    T

    3

    =

    8571.43 K P

    3

    = 1.0

    MPa

    21.

    T

    1

    318 K

    6U

    3

    =

    - 540

    kJ

    5

    x

    10 -

    3

    kJ

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    29/34

    22 .

    23.

    24.

    25 .

    26.

    27 .

    28

    T

    2

    300 K, T

    3

    292 K, Qtot 200 kJ

    . U 1 ~ 3

    =

    -150 kJ, T

    2

    492.5 K, W l ~ 3

    -50

    kJ

    TI

    282

    K

    1'2 ' W

    h 3

    -240 kJ

    T

    4

    369 . 75

    K,

    ~ U 4

    +

    1

    15 00 kJ;

    t o t

    614

    kJ

    TI

    289 . 88

    K,

    l .U

    Z

    -

    3

    1798.56

    kJ

    ,

    Q 4 ~

    - 776.56 kJ

    a)

    v,

    f ,

    v,

    f ,

    f ,

    f ,

    v,

    v,

    v ,

    f

    b) f v v

    f f v, f

    E, v v

    e) v v f .

    v, f

    v,

    f ,

    v, v, v

    28.

    Q 1 ~ 2 =

    1606

    .

    9kJ

    ,

    W

    neto

    '

    235

    kJ

    ,

    . S 2 ~ 3

    .-

    0.

    18

    kJ/K

    29 . . S3+1 0 .4 8 kJ/K , Q 2 ~ 3

    - 180 .5 ,

    k.l, . U ~ 2

    1 29

    .0

    6 kJ

    30. W 2 ~ 3

    = 183.76

    kJ;

    .U

    h 1

    7 35 . 32

    kJ; r

    9

    31. Q 1 ~ 2 -

    1728

    kJ; W 3 ~ 4 = 1253 .

    ikJ ;

    re

    27

    ,

    32 . Q a 17 98 .5 6 kJ; r = 57 , . S 2 ~ 3 1.11

    kJ/K

    Q

    4 ~ 1

    -7 91.96 kJ ,

    re

    89\ ;

    ~ U 2

    ~ 3

    1308 . 64

    kJ

    3.

    34.

    35.

    36.

    W3 4

    1320

    kJ,

    Qneto

    1129

    .

    79

    kJ;

    65

    4

    _+

    1

    -1.

    39

    kJ/K

    T

    3

    550 K,

    .S3+4

    =

    - 4. 5 kJ/K,

    o.U

    z

    3

    a::

    - 468

    kJ

    T

    2

    583.33

    K, W

    neto

    11 7

    .5 kJ

    ,

    W - 1

    .

    -1456

    kJ

    37. r = 40 , W 2 ~ = 24 96 kJ, T

    2

    =

    500

    K

    38. , U 2 ~ 3

    144

    kJ, W

    neto

    = - 375 kJ, . S l ~ 2 3 . 75 kJ

    /K

    39

    . . , S 3 ~ - 3 .2 5 kJ/K,

    W 4 ~ 1

    432

    kJ

    40 .

    S

    s i s

    t

    9 3 ~ 3 7 3

    K)

    =

    +0 . 70

    kJ/K,

    . sa1r

    2 9 3 ~ 3 7 3

    K)

    kJ/K

    41.

    . s s i s t

    1 ~ 2

    -1 .8 0

    kJ/K;

    .sUNIV 2 ~ 3 ) 2.88 kJ/K

    42.

    . s s i s t 1 ~ 2 ) 0.95 kJ/K , . s a l r 3 ~ ) 0.29 kJ/K

    43 . Sa l r

    1 ~ 2 )

    -1 . 61

    kJ/K,

    . s s i s t l ~ ) 0.91 kJ/K

    44. 6S

    s i s t

    i-+i)

    ' 0 ,

    AS t;ot (UN IV )

    :: 5

    .5

    0 kJ/K

    -

    0.62

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    30/34

    9

    45 .

    imposible

    reversible i r revers ib l e

    46. rever sib le imposible i r revers ib le

    47.

    i r r

    eversible

    imposible

    revers ib le

    48. imposible r ever s ib le i r r eve r s ib le

    49. 1 5 2

    4

    6 3 5 1 4 4

  • 7/25/2019 Problemario_de_termodinamica.pdf

    31/34

    rrob

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    33/34

    U M

    QC311

    G3.7

    2893030

    Garcia

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    Luz Maria

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    34/34

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