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 el cambio de entalpía Δh del oxígeno, en Btu/lbm, cuando se calienta de 800 a 1 500 R, con a) la ecuación empírica de calor específico como una función de la temperatura (Tabla A-2Ec), b) el valor de cp a la temperatura promedio (Tabla A-2Eb) y c) el valor de cp a la temperatura ambiente (Tabla A-2Ea).

9. Un recipiente rígido contiene 20 lbm de aire a 50 psia y 80°F. El aire se calienta hasta duplicar su presión. Determine a) el volumen del recipiente y b) la cantidad de transferencia de calor.

10. Un recipiente rígido de 3 m3 contiene hidrógeno a 250 kPa y 550 K. El gas se enfría hasta que su temperatura desciende a 350 K. Determine a) la presión final en el recipiente y b) la cantidad de transferencia de calor.

11. Una habitación de 4 x 5 x 6 m se calentará mediante un elemento de resistencia colocado en la base de una pared interior. Se desea que el calor de la resistencia eleve la temperatura del aire en la habitación de 7 a 23°C en 15 min.

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