TERMODINAMICA 2014

PROBLEMAS PROPUESTOS

CAPITULO 1

Problema 19: Convierte al SI de unidades

a) 6 ft*0.3048m / 1 ft = 1.8288 m

b) 4 in3 * 16.39cm3 / 1 in3 = 65.56 cm3

c) 2 slugs *14.59 kg / 1 slugs = 29.18 kg

d) 40 ft-lbf * 1.356 N.m / 1 ft-lbf = 54.24 N.m

e) 2000 ft-lbf/sec * 1.356 W / 1 ft-lbf/sec =2.712 w

f) 150 hp * 0.746 kw / 1 hp = 111.9 kW

g) 10ft3/sec * (0.02832 m3/s)*(1 ft3/sec) =0.2832 m3/s

Problema 23:Calcúlese la fuerza necesaria para acelerar hasta 100 ft/sec2, verticalmente y hacia arriba, un cohete de

20000 lbmf.

g=32.2 ft/sec2

F- 20000= (100) 20000

32.2 ft /sec 2

F=82111.8 lbf

Problema 24:Obténgase la aceleración de:

a) Un cohete de 2.200kg b) Un coche de 1.100kg, si de repente se pisan los frenos de modo que patinan la cuatro ruedas, el coeficiente de

fricción sobre el asfalto seco es n = 0.6 (n =F/N siendo N la fuerza normal y F la fuerza de fricción

20000lb

F FR =m.a

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Solución “a”: FR=m.a

12949.2Kg.m

s2=2200Kg.a

a =5.886m/ s2

Solución “b”:

12949.2Kg. m

s21100Kg.a

a=5.886m/ s2

Problema 27: Complétese la tabla siguiente si g=9.81 m/s2 y V= 10 m2

V (m3/kg) (kg/m3) W (N/m3)

m (kg) W (N)

a 20 0.05 0.4905 0.5 4.905

b 0.5 2 19.62 20 196.2

c 2.452 0.4077 4 4.077 40

d 0.1 10 98.1 100 981

e 0.981 10.19 10 10.19 100

a) ρ= volumen/masa

Así que sería ρ=0.5/10=0.05 Kg

b) w= masa*aceleración

N

F

N

F

R

Rn =fN

F1=2200Kg.9.81m/s2= 21582N

n =fN

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Así que 9.81/20=0.4905 N/m3

c) masa=volumen especifico/volumen másico

Así que seria 10/20=0.5 Kg

d) volumen másico=gravedad*volumen

Así que seria 9.81*10/20=4.905 N

Problema 28: Complétese la tabla siguiente si presión atm = 100 kPa (wHg= 13.6 wH2O)

kPamanométrica

kPaabsoluta

mmHg abs

mH2Omanométrica

a 5 105 798 38

b 50 150 1140 380

c -96.1 3.9 30 -730

d 3.9 103.9 790 30

Pabs=Pman + Patm

e) Pabs = 5 kPa + 100 kPa = 105 kPa*760 mmHg/100k Pa = 798 mmHg

5 kPa*760 mmHg/100k Pa = 38 mmHg

f) 150 kPa - 100 kPa =50 kPa *760 mmHg/100k Pa =380 mmHg

150 kPa*760 mmHg/100k Pa =1140 mmHg

g) 30 mmHg * 100 kPa /760 mmHg = 3,9 kPa

3,9 kPa – 100kPa = -96.1 kPa

30 mmHg - 760 mmHg =-730 mmHg

h) 30 mmHg + 760 mmHg =790 mmHg*100 kPa /760mmHg= 103.9 kPa

103.9 kPa – 100kPa =3.9 kPa

Problema 30: Una campana de cristal de 250 mm de diámetro descansa sobre una placa plana y se hace vacio hasta alcanzar 700 mmHg de presión de vacío.

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El barómetro local indica 760 mm de mercurio .Obténgase la presión absoluta en el interior de la campana y determínese la fuerza necesaria para separar la campana de la placa. Desprecie el peso del vidrio.

P=w.h

H =la altura del mercurioP=presión en pascalesW=el peso del mercurio

P= (9.81).(13.6).(760-700)P=8.005 Pascales

F=m.aM=masaa=aceleración

p.(ᴨ.D2)/4=FUERZAP= (9.81). (13.6)(1.46)P=93 Pascales

Se remplaza en la ecuación:

F=93. (0.05)F=4,584 N

CAPITULO 2

Problema 14: Cinco kg vapor de agua ocupan un volumen un volumen de 10 m3.

Determine la calidad y la presión si la temperatura es (a) 40°C y (b) 86ºC

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Problema 21: Un recipiente hermético de vidrió contiene Freón 12°C a 50ºC. Según se va enfriando, en las paredes, que se encuentran a 20°C, se observan pequeñas gotas de líquido. Determínese la presión inicial en el recipiente.

Problema 22: Un deposito cilíndrico-embolo, siendo el embolo de 16000 kg, 2 m de diámetro y que desliza sin fricción, contiene 2 kg de agua. Se suministra calor hasta que la temperatura alcanza (a) 400°C, (b) 650°C, (c) 140°C.Calcule el volumen final.

Membolo=16000 Kg

MH2O=2 Kg

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Radio=1 m

Pabs=PATM+Pman

Pman =(16000Kg*9.81m/s2)/(4π/4)m2

P=100 KPa+49.96 KPa

P=149.96 KPa

a) T=400°C

Mvc=2Kg*(2.067) =4.134 m3

V=2067 m3/Kg Vm =4.134m3

b) T=650°C

600 650 7502665 V 2193

P=0.15 MPa

Mvc=2Kg*(2.8739) =5.678 m3

V=2839 Vm=5.678 m3

c) T=140°C

140 150 200V 1285 1444

V=vc*m

V=1.253*2

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1.285=1/5(1.444-x)+x

X=1.2533

Vm=2.506 m3

Problema 26: Complétese la tabla siguiente para el aire a una altura donde g= 9.82 m.s-1

P (kPa)

T(°C)

Ѵ (m3/kg)

ῥ (kg/m3)

W (N/m3)

A 100 20B 100 2C 500 0.1D 20E 200 2

Problema 30: Un recipiente rígido de 4m3 contiene nitrógeno a una presión de 4200 kPa. Determínese la masa cuando la temperatura sea (a) 30ºC y sea (b) -120°C.

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Problema 32: Un depósito de 182 litros contienes 10 kg de vapor de agua a 600 ºC. Determínese la presión utilizando: (a) la ecuación de gas ideal, (b) la ecuación de Van der Waals, (c) la ecuación de Realich - Kwong, (d) el factor de

compresibilidad y las tablas de vapor de agua

V=182 L

M=10Kg vapor

T=600°C

a) Ecuación de gas ideal (utiliza la tabla B.2)

PV=RTm

P=(0.462)*(873)*(10)/(0.182)

P=22160KPa

b) Ecuación de van der Waals

v=V/m 0.182/10=0.0182

P=(0.462)*(873)/(0.0182-0.00169)-(1.703/(0.0182)2)

P=22429KPa-5141KPa=19288KPa

c) Ecuación de redlich-kwong

P= (RT/v-b)-(a/v2) 24429KPa-159KPa=24.3MPa

d) Factor de compresibilidad

Pr=20000/22100=0.905

Tr=873/647.4=1.35

P=0.87*0.4615*873/0.0182

P=19.5MPa

e) Las tablas de vapor de agua

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Proporciona el valor más preciso de la presión con T=873°K y V=0.0182 m3/Kg.Obseervese que la ley ideal tiene un error de 110% y que el error de cada una de las otras ecuaciones es inferior a 10%.

Problema 33: El freón de 12°F a 200°F tiene densidad de 1.84lbm/ft3. Determínese la presión utilizando: (a) la ecuación de gas ideal, (b) la ecuación de Van der Waals, (c) la ecuación de Realich-Kwong, (d) el factor de compresibilidad y € las tablas

de vapor de agua.

D=1.84lbm/ft3

T=200°F

a) Ecuación de gas ideal

P=DRT

P= (1.84)*(32.2)*(200)

P=108 Psia

b) Ecuación de van der Waals

v=V/m 0.184/10=0.0184

P=(0.462)*(873)/(0.0182-0.00169)-(1.703/(0.0182)2)

P=6040Psia -5141Psia=101 Psia

c) Ecuación de redlich-kwong

P=(RT/v-b)-(a/v2) 259Psia-159Psia=100Psia

d) Factor de compresibilidad

Pr=20000/22100=0.905

Tr=873/647.4=1.35

P=0.87*0.4615*873/0.0182=100Psia

e) Las tablas de vapor de agua

Proporciona el valor más preciso de la presión con T=200°F y D=1.84lbm/ft3.Obsérvese que la ley ideal tiene un error de 120% y que el error de cada una de las otras ecuaciones es inferior a 20%.

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