PRACTICA DE TERMODINAMICA N° 2

IV SEMESTRE 2015 I- ING DE MINAS

a) Teoría:

1. ¿En qué condiciones es apropiado suponer como gas ideal a los gases reales?2. ¿Cuál es la diferencia entre R y R*? ¿Cómo se relacionan?3. ¿Cuál es la diferencia entre masa y masa molar? ¿Cómo se relacionan?4. ¿Cuál es el significado físico de las dos constantes que aparecen en la ecuación de estado de van der Waals? 5. ¿Qué ecuación de estado utiliza la voladura de rocas?6. ¿Cuál es el significado físico del factor de compresibilidad?7. ¿Cuál es el principio de los estados correspondientes?8. ¿Cómo se definen la presión y la temperatura reducidas?9. En un diagrama P-V ¿Qué representa el área bajo la curva del proceso?

10. ¿La relación Δ u=m cv ΔT está restringida sólo a procesos de presión constante o se puede

usar para cualquier clase de procesos de un gas ideal?12. ¿Cuándo es estable el flujo que pasa por un volumen de control?b) Ejercicios y problemas:

1. Un globo esférico con un diámetro de 6 metros se llena con Helio a 20ºC y 200 KPa. Determina el número de moles y la masa de Helio en el globo.

2. El aire en una llanta de automóvil con un volumen de 0,53 pie3 , está a 90ºF y 20 PSIG. Determina la cantidad de aire que debe agregarse para llevar la presión al valor recomendado de 30 PSIG. Suponga que la presión atmosférica es de 14,6 PSI y que la temperatura y el volumen permanecen constantes.

3. Un recipiente de 1 m3 que contiene aire a 25 ºC y 500 KPa se conecta por medio de una válvula a otro recipiente que contiene 5 Kg de aire a 35ºC y 200 KPa. En seguida se abre la válvula y se deja que todo el sistema alcance el equilibrio térmico con el entorno, el cual se halla a 20ºC. Determina el volumen del segundo recipiente y la presión final de equilibrio del aire.

4. Calcule el volumen que debe tener un recipiente para almacenar 800 Kg de CO2 a una presión de 60 bar y a una temperatura de 100ºC.

5. Calcula la presión ejercida por 2 moles de aire a 127°C, en un volumen total de 500 litros. Emplee la ley del gas ideal y la ecuación de estado de Van der Waals.

6. Determine el volumen específico del amoniaco a 2000 KPa y 160°C. Calcula la presión del vapor de agua a una temperatura de 500°C y una densidad de 24 kg/m3 usando:

a) Ecuación de estado del gas ideal b) Ecuación del gas real de Van der Waals.

c) Factor de compresibilidad. d) Usando tablas de vapor.

7. Un sistema de cilindro y émbolo contiene aire. Si el aire se expande a presión constante, desde 5°C y 2100 KPa, hasta 227°C:a) Calcule el trabajo realizado por unidad de masa en kJ/kg.

b) Si el calor suministrado es de 223 kJ/Kg, evalúa el cambio de energía interna.

8. En el caso de cierto gas ideal se tiene C p=1,1

KJkg .K

y K=1,3. Calcula:

a) Cv b) R c) M

9. 50 litros de aire a 100 KPa y 27 °C es comprimido hasta 620 KPa siguiendo la ley P V1 ,25=C .

Determine:

a) La masa del gas. b) La temperatura al final de la compresión. c) El trabajo realizado para comprimir el aire. d) El cambio de energía interna del gas. e) El calor transferido.

10. El aire contenido en un dispositivo de cilindro y embolo se expande a una presión constante de 150 KPa, desde una temperatura de 12°C hasta una temperatura de 277°C. La masa del aire es 50 g. Calcula: a) El calor b) El trabajo. c) El cambio de entalpía d) El cambio de energía interna

11. Un recipiente rígido y cerrado tiene una capacidad de 1000 litros y contiene vapor de agua a 300 kPa con una calidad de 90%. Si se suministran 500 kJ de calor, calcule la temperatura final.

12. Una masa de 2 Kg de gas ideal tiene una temperatura de 450ºC, además se sabe que :

R=0,3 KJKg .K

y Cv=0 ,75KJKg .K

.. Durante la expansión su volumen aumenta 12 veces

y realiza un trabajo igual a 30 KJ. Simultáneamente a la expansión del gas se produce un enfriamiento donde se desprenden 25 KJ de calor. ¿Cuál es el índice politrópico del proceso?

13. Calcular el calor trasferido al ciclo mostrado en kJ/kg. La sustancia de trabajo es un gas con los siguientes datos:

Cp=0.910KJKg ºK

Cv=0 .650KJKg ºK

P1=2barT 1=900ºKT 2=T 3=2700 ºKV 1V 3

=13

14. Un ciclo compuesto de tres procesos es el siguiente: (I) compresión politrópica con n=1,5, desde 137 kPa y 38°C, hasta el estado 2; (II) presión constante del estado 2 al 3;(III) volumen constante del estado 3 al 1. El calor cedido es de 1560 kJ/kg y la sustancia es aire. Determina :

a) las presiones, temperaturas y volúmenes específicos en los puntos extremos del ciclo

3

2

1

P

V

b) El calor agregado c) El calor cedido d) El trabajo correspondiente a cada proceso

15. Se tiene vapor a un flujo de 0,2 kg / s, este vapor ingresa a una turbina con una entalpía de 4 MJ / kg y sale con una entalpía de 2,5 MJ / kg. La velocidad del vapor a la entrada es de 90 m / s y a la salida 30 m /s. Si la sección de entrada se encuentra a 2 m por encima de la sección de salida y el calor transferido de la turbina al exterior es de 175 W. Determine la potencia que desarrollará la turbina.

16. En una tobera cuya sección de entrada es 0,02 m2, ingresa vapor en forma permanente a 1 800 KPa y 400ºC. El flujo másico de vapor por la tobera es de 4,6 Kg/s. El vapor sale de la tobera a 1 400 KPa con una velocidad de 275 m/s. Las pérdidas de calor desde la tobera por unidad de masa del vapor se estiman en 0,6 KJ/Kg. Determine a) la velocidad de entrada y b) temperatura de salida del vapor.

17. Un fluido que se encuentra a 700 KPa con un volumen específico de 0,25 m3 / kg y una velocidad de 175 m/s, entra en un dispositivo. La pérdida de calor en dicho aparato ocasionada por la radiación es de 23 KJ / kg. El trabajo realizado por el fluido es de 465 KJ / kg. La sustancia sale a 136 KPa, 0,94 m3 / kg y 335 m / s. Determine el cambio de energía interna.

18. Ingresa vapor en una turbina con una entalpía de 5 MJ/Kg a un flujo de 0.3 Kg/s; la salida es a una entalpía de 3.5 MJ/Kg. El vapor ingresa a una velocidad de 85 m/s y sale a 25 m/s. si la sección de entrada se encuentra a 2.5 m por encima de la sección de salida y el calor transferido de la turbina al exterior es de 180 KW. Determine la potencia que desarrollara la turbina.

19. Un gas ideal ingresa a una tobera adiabática con una entalpía de 800 KJ/Kg. y a 245m/s,

saliendo a 695m/s (ΔEp=0 ; K=1 .67 ). El proceso es FEES. Determine:

a) La entalpía del gas a la salida en KJ/Kg.

b) El cambio de energía interna durante el proceso en KJ/Kg.

C.U Junio 2015