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EJERCICIOScapítulo 7 VW

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Problema (Nº7.21 VW). El estanque A contiene inicialmente 20 lbm

de vapor de agua a 120 psi y 700 ºF. Este estanque se conecta a través de una válvula con un cilindro B, que tiene un émbolo sin fricción que inicialmente reposa en los topes con un volumen de 10 pie3. Suponga que estos 10 pie3 fueron inicialmente evacuados. Se necesita una presión de 25 psi para balancear el peso del émbolo.

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La válvula de conexión se abre, hasta que la presión en A es igual a 25 psi. Suponga que todo el proceso es adiabático, y que el vapor en A ha sufrido un proceso reversible y adiabático.

A) Determine el trabajo hecho contra el émbolo y la Temperatura final en el cilindro B.

Aplicando la 1ra ley de la termodinámica al sistema cerrado formado por ambos cilindros:

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El trabajo desarrollado por el sistema:

Reemplazando:

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De la tabla de vapor sobrecalentado con 120 psi y 700 ºF:

Como el vapor en el estanque A sufre un proceso adiabático y reversible, la entropía de la condición inicial y final del estanque A es la misma.

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De la tabla de vapor sobrecalentado con P=25 psi y s=1.7829 Btu/lbm·R, encontramos:

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Problema (7.24 VW). Una máquina de Carnot tiene 1 lbm de aire como sustancia de trabajo. El calor se recibe a 1200 ºR y es cedido a 500 ºR.

Durante el proceso de adición de calor la presión es de 100 psi y el volumen se triplica.

Calcule el trabajo neto del ciclo por lbm de aire.

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Considerando la relación fundamental:

Asumiendo comportamiento de gas ideal y el proceso como isotérmico.

luego

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Reemplazando en la 2ª ley:

Con el rendimiento, se tiene:

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Problema (7.25 VW). Si 20 pie3 de aire, a la presión de 58 psi y a

la temperatura de 520 ºR se expande reversiblemente en un cilindro a la presión de 14.7 psi. El volumen final es de 78.9 pie3.

Considerando la capacidad calorífica constante, calcule:

a) La transmisión de calor durante la expansión.

b) El cambio de entropía durante el proceso.

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Aplicando 1ra ley de la termodinámica:

De segunda ley de la termodinámica

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Si se asume comportamiento de gas ideal

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Al ser un proceso isotérmico:

Luego, en el balance de energía:

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B) Aplicando la segunda ley, se tiene:

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Problema (7.33 VW). Un estanque grande que tiene un volumen de 20 pie3 se conecta a un estanque pequeño con un volumen de 5 pie3.

El estanque grande contiene aire a 100 psi y 80 ºF, mientras que el estanque pequeño está vacío.

Una válvula situada en la interconexión de los estanques, se abre repentinamente y se cierra cuando los dos estanques tienen la misma presión.

Puede suponerse que el aire en el estanque grande sufre un proceso reversible y que el proceso total es adiabático.

Si es valido el comportamiento del gas ideal, ¿Cuál es la masa final y la temperatura final del aire en el estanque pequeño?

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Si asumimos gas ideal

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Aplicando segunda ley:

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