Ejercicios

EJERCICIOS

1. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente 0.07 m3 de gas nitrógeno a 130 kPa y 120°C. El nitrógeno se expande ahora politrópicamente hasta un estado de 100 kPa y 100°C. Determine el trabajo de frontera hecho durante este proceso.

2. Un dispositivo de cilindro-émbolo que posee un conjunto de topes contiene al inicio 0.3 kg de vapor a 1.0 MPa y 400°C. La ubicación de los topes corresponde a 60 por ciento del volumen inicial. Después se enfría el vapor. Determine el trabajo de compresión si el estado final es a) 1.0 MPa y 250°C y b) 500 kPa. c) Determine también la temperatura enel estado final expuesto en el inciso b).

3. Un dispositivo de cilindro-émbolo al principio contiene 0.07 m3 de gas nitrógeno a 130 kPa y 120°C. El nitrógeno se expande politrópicamente a una presión de 100 kPa con un exponente politrópico cuyo valor es igual a la relación de calores específicos (llamada expansión politrópica). Determine la temperatura final y el trabajo hecho durante este proceso.

4. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene al principio 0.5 lbm de agua a 120 psia y 2 pies3. Se transfieren 200 Btu al agua mientras que se mantiene constante la presión. Determine la temperatura final del agua y muestre el proceso en un diagrama T-v con respecto a las líneas de saturación.

5. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente vapor a 1 MPa, 450°C y 2.5 m3. Se deja enfriar el vapor a presión constante hasta que empieza a condensarse. Muestre el proceso en un diagrama T-v con respecto a las líneas de saturación y determine a) la masa del vapor, b) la temperatura final y c) la cantidad de calor transferido.

6. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene al inicio vapor a 200 kPa, 200°C y 0.5 m3. En este estado, un resorte lineal (F α x) toca al émbolo pero no ejerce fuerza sobre él. Se transfiere calor lentamente al vapor, lo cual provoca que la presión y el volumen aumenten a 500 kPa y 0.6 m3, respectivamente. Muestre el proceso en un diagrama P-v con respecto a las líneas de saturación y determine a) la temperatura final, b) el trabajo realizado por el vapor y c) el calor total transferido.

7. Un radiador eléctrico de 30 L que contiene aceite de calefacción se coloca en una habitación de 50 m3. Tanto la habitación como el aceite en el radiador están inicialmente a 10°C. Después se enciende el radiador con una capacidad nominal de 1.8 kW y al mismo tiempo se pierde calor desde la habitación a una tasa promedio de 0.35 kJ/s. Después de cierto tiempo, la temperatura promedio se mide en 20°C para el aire de la habitación y en 50°C para el aceite en el radiador. Si se toma la densidad y el calor específico del aceite como 950 kg/m3 y 2.2 kJ/kg • °C, respectivamente, determine cuánto tiempo se ha mantenido encendido el calentador. Suponga que la habitación está bien sellada y no tiene fugas.

8. Determine

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