TALLER DE TERMODINAMICA

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Estudiantes

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Docente

Universidad de CartagenaFacultad de ingenieraPrograma de ingeniera qumica14 de febrero de 2014Problemas1) Un recipiente no conductor lleno con 25kilogramos de agua a 20 grados centgrados tiene un agitador el cual se mueve debido a la accin de la gravedad sobre una pesa de 35 kilogramos. La pesa cae lentamente una distancia de 5 metros accionando el agitador suponiendo que todo el trabajo hecho en la pesa se transfiere al agua y que la aceleracin local de la gravedad es de 9.8 ms_2 determine:

a) la cantidad de trabajo realizado en el agua.b) El cambio en la energa interna del agua.c) La temperatura final del agua para la cual Cp=4.18KJ/Kgcd) La cantidad de calor que debe extraerse del agua para que su temperatura regrese a su temperatura inicial.e) El cambio en la energa total del universo debido a 1) el proceso de bajar el peso 2) el proceso de enfriamiento del agua para que regrese a su temperatura inicial 3) ambos procesos juntos.

2) Trabaje nuevamente con el problema 1 para un recipiente aislado que cambia de temperatura junto con el agua y que tiene una capacidad calorfica equivalente a 5 Kg de agua. Trabaje el problema con:a) El agua y el recipiente como el sistema.b) Tomando solo el agua como el sistema.

3) Un huevo, inicialmente en reposo, se deja caer sobre una superficie de concreto y se rompe, tomando el huevo como sistema.

a) Cul es el signo de w?b) Cul es el signo de la variacin de la energa potencial?c) A que es igual la variacin de la energa cintica?d) A que es igual la variacin de energa interna? e) Cul es el signo de Q?Al configurar este proceso, suponga que pasa el tiempo suficiente para que el huevo roto regrese a su temperatura inicial. Cul es el origen de la transferencia de calor del inciso e)4) Un motor elctrico bajo carga fija toma 9.7amperes a 110volt liberando 1.25Hp de energa mecnica, cual es la rapidez de la transferencia del calor desde el motor en kW

RESPUESTAS1) A) El trabajo es igual a la fuerza por la distancia

La fuerza ser igual a la masa de la pesa por la gravedad local despreciando la masa del agitador la distancia es de 5 metros entonces

Remplazando los valores podemos obtener el trabajo realizado

B) El cambio de la energa interna del agua ser igual al Trabajo porque es un sistema aislado y el calor Q=0 entonces tendr un valor de 1.715kJ

C) Asumiendo presin constante y volumen constante, tenemos que:

La integral del volumen es = 0 pues no hay variacin entonces:

+

D) para regresar el agua a la temperatura inicial se debe remover la cantidad de calor suministrada para elevarla es decir el trabajo que se hizo, por lo tanto se deber remover de energa calrica un valor de -1.715KJ

E) La energa no se crea ni se destruye, por lo tanto la energa que se us para todos los casos ser la misma pero expresada en diferentes formas, basados en estos podemos afirmar que la variacin de la energa neta del universo es 0 (cero).

2) A) Bajo condiciones similares que en el punto 1 el trabajo realizado ser:

C) Para encontrar la temperatura t, se parte de la ecuacin general

Para la presin y el volumen no hay variacin, por lo tanto:

Integramos y despejamos para encontrar t:

D) el calor Q es causado nicamente por el Trabajo W entonces:

Pero Q es desde el sistema hacia el ambiente por lo tanto:

Entonces: Q=-1,715KJ3)A) debido a que el huevo para adquirir movimiento debe suministrarse una fuerza y luego este se desplazara x distancia, entonces como el trabajo est siendo aplicado sobre el huevo su signo ser: positivo

B) al caer su energa potencial disminuye mientras que su energa cintica aumenta de una manera inversamente proporcional, basados en esto se puede afirmar que el signo ser: negativo.

C) Mientras cae su energa potencial disminuye pero su energa cintica aumenta de una manera inversamente proporcional, basados en esto se puede afirmar que el signo ser: positivo.

D) La variacin de la energa interna del huevo ser igual a la energa cintica que se transfiere por medio de la friccin

E) Por el contexto del libro de termodinmica de Smith van Ness el calor que entra al huevo por la friccin con el suelo ser: positivo.

*La transferencia de calor proviene de la friccin es decir por el impacto con el concreto as como sucede cuando se golpea un metal este se calienta.

4)La transferencia de calor va estar dada por la cantidad de energa que no se transforma en energa mecnica. La energa elctrica es igual a la corriente por el voltaje;

*Cambiando de unidades tenemos:

Estos 0.9325kW corresponden a la energa mecnica generada por el motorAl motor entran 1.067kW, la cantidad de potencia que no se transform en energa mecnica ahora tiene forma de calor: