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 Primera Ley de la Termodinámica

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PRIMERA LEY DE

LA

 TERMODINÁMICA Tarea 3

1. Un recipiente no conductor lleno con 25

kg de agua a 20ºC tiene un agitador, el cual

se mueve debido a la acción de la gravedad

sobre una pesa con masa de 35 kg. La pesa

cae lentamente una distancia de 5 m

accionando el agitador. Suponiendo que

todo el trabajo hecho en la pesa se

transfiere al agua y que la aceleración local

de la gravedad es 9.8 m/s2, determine:

a. La cantidad de trabajo realizado en el

agua.

b. El cambio en la energía interna del agua.

c. La temperatura final del agua, para la cual

Cp=4.18 kJ kg-1 ºC-1.

d. La cantidad de calor que debe extraerse

del agua para que regrese a su temperaturainicial.

2. Un tanque que contiene 20 kg de agua a

20ºC cuenta con un agitador que

proporciona trabajo al agua a razón de 0.25

kW. ¿Cuánto tiempo transcurre para

incrementar la temperatura del agua a 30ºC

si no hay pérdida de calor desde el agua?

Para el agua, CP = 4.18 kJ kg-1 ºC-1.

3. Se agrega a un sistema cerrado unacantidad de calor de 7.5 kJ a medida que su

energía interna disminuye 12 kJ. ¿Cuánta

energía se transfiere como trabajo? Para un

proceso que ocasiona el mismo cambio de

estado pero cuyo trabajo es cero, ¿Cuánto

calor se transfiere?

4. Vapor a 200 psia y 600 ºF entra en una

turbina a través de una tubería de 3 in de

diámetro con una velocidad de 10 ft/s. La

descarga desde la turbina se efectúa a

través de una tubería de 10 in de diámetro

y está a 5 psia y 200 ºF. ¿Cuál es la potencia

a la salida de la turbina?

H1 = 1322.6 Btu lbm-1  V1 = 3.058 ft

3 lbm-1 

H2 = 1148.6 Btu lbm-1  V2 = 78.14 ft

3 lbm-1 

5. Entra vapor a una turbina adiabática a 10

MPa y 500ºC a razón de 3 kg/s y sale a 20

kPa, si la potencia en la turbina es de 2MW,

determine la temperatura del vapor a la

salida de la turbina. Ignore los cambios en

la energía cinética y potencial. (H1 = 3374.6

kJ/kg).

6. Fluye nitrógeno en un estado

estacionario a través de una tubería

horizontal, aislada con un diámetro interiorde 1.5 in. Debido al flujo por una válvula

parcialmente abierta se produce un

descenso en la presión. Precisamente antes

de la válvula la presión es de 100 psia, la

temperatura es de 120ºF y la velocidad

promedio es 20 ft s-1. Si la presión

exactamente después de la válvula es de 20

psia, ¿Cuál es la temperatura? Suponga que

para el nitrógeno PV/T es constante, CV =

(5/2)R y CP = (7/2)R.