Problemas Termodinamica

I. Sección de Problemas

1. Un sistema cerrado sufre un proceso a presión constante. El volumen del sistema se duplica de 1 m3 a 2 m3 y se agregan 200 kJ de calor al sistema. Si no se efectúa trabajo, excepto de desplazamiento de la frontera y la presión permanece constante a 101.3 kPa (1 atm) durante el proceso, ¿cuál es el cambio en la energía interna del sistema. (98.7 J)

2. Se transfiere calor a un fluido de masa m cuyo volumen crece a presión constante de 21 bar. Suponga que el fluido es aire (Cv=0.718 kJ/kg K, R=0.287 kJ/kg K) y que T1=725 K y T2=1100 K. Suponga que hay resistencia completa a la expansión de fluido. Determine en kJ/kg: a) Trabajo, b) Variación de energía y c) Calor transferido. (108 kJ/kg, 269 kJ/kg, 377 kJ/kg)

3. Suponga que el aire en el ejercicio 2 empuja realmente contra una carga que es sólo igual a una presión de frontera de 15 bar que presenta resistencia a la expansión del aire. Defina el aire como el sistema y suponga que T1, T2 y el cambio de volumen que ocurre son los mismos que en el ejercicio 2. Determine en kJ/kg: a) Trabajo, b) Variación de energía y c) Calor transferido. (76.9 kJ/kg, 269 kJ/kg, 346 kJ/kg)

4. Se transfiere calor a un fluido de masa m cuyo volumen permanece constante. La presión inicial del fluido es de 21 bar. Suponga que el fluido es aire y que T1=725 K y T2=1100 K. Determínese en kJ/kg: a) Trabajo, b) variación de energía y c) Calor transferido. (0, 269 kJ/kg, 269 kJ/kg)

5. Un sistema cerrado, sufre un proceso politrópico del estado 1 al 2. El sistema es aire (gas ideal) inicialmente a 100 kPa y 300 K. El volumen del sistema se reduce de 2 a 1 m3 durante el proceso, y el índice politrópico ɣ=1.3 para el proceso. Se supone un valor constante de Cv=0.718 kJ/kg para el aire durante el proceso. Calcule: a) La presión y la temperatura del estado 2, b) El trabajo hecho por el sistema durante el proceso, c) La variación de energía y d) El calor agregado al sistema durante el proceso. R=287 (N m/kg K) o (J/kg K), PV=mRT considerar . (246.2 kPa, 369.3 K, -154kJ, 115.586 kJ, -38.4 kJ)

6. Considere el diagrama P-V que se muestra en la figura. Partiendo del punto A, una muestra de 2 lt de gas absorbe 800 J de calor, provocando un incremento en la presión de 1x105 a 2x105 Pa. A continuación el gas se expande de B a C, absorbiendo una cantidad adicional de calor de 200 J mientras su volumen aumenta a 5 lt. (a) Determine el trabajo neto realizado y el cambio de energía interna para cada uno de los procesos AB y CD. (b) ¿Cuál es el trabajo neto y el cambio de energía para el proceso ABC? (c) ¿Qué clase de procesos se ilustran por medio de AB y BC? (0, 800 J; 600 J, -400 J; 600 J, 400 J)

7. Una máquina térmica que funciona entre 200 0C y 80 0C alcanza un 20 % de su rendimiento teórico máximo. ¿Cuánta energía debe absorber para realizar 10 kJ de trabajo? (197 kJ)

8. Calcule la variación de entropía en las dos situaciones siguientes (considere la presión como la atmosférica):

a) 100 ml de agua a 80 0C son vertidos en un tanque de agua a 20 0C. (-77.8 J/K)

b) 100 ml de agua a 20 0C son vertidos en un tanque de agua a 80 0C. (77.8 J/K)

9. Calcule la variación de entropía de un bloque de hielo de 27.0 g a −12.0°C cuando pasa reversiblemente al estado de vapor a 115°C, a presión constante (suponga presión atmosférica). (236 J/K)

Datos: Cp (vapor) = 2.08 kJ/kg K, cp (agua) = 4.18 kJ/kg K, Cp (hielo) = 2.11 kJ/kg K, Lf = 333.55 J/g, Lv=2257 J/g

10. Un bloque de cobre de 50 kg a 80 0C se deja caer en un tanque aislado adiabáticamente que contiene 120 J de agua a 25 0C. Determine la temperatura final de equilibrio y la variación de entropía. (27 0C, 0.13 kJ/K).

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