INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍAS

CAMPUS GUANAJUATO

TAREA 1: TERMODINÁMICA I

1. A un aula con una capacidad normal de 40 personas se le instalará aire

acondicionado mediante unidades de aire acondicionado para ventana con una

capacidad de 5kW. Se puede suponer que una persona en reposo disipa calor a

una tasa de alrededor de 360 kJ/h. Hay 10 bombillas de luz en el aula, cada una

de 100 W. Se estima que la tasa de transferencia de calor hacia el aula a través de

las paredes es de 15000 kJ/h. Si el aire en el aula se debe mantener a una

temperatura constante de 21°C, determine el número de unidades de aire

acondicionado requeridas.

2. Un motor eléctrico bajo carga fija toma 9.7 amperes a 110 volts, liberando 1.25 hp

de energía mecánica. ¿Cuál es la rapidez de transferencia de calor desde el

motor?

3. Un mol de gas en un sistema cerrado se somete a un ciclo termodinámico de

cuatro etapas. Use los datos proporcionados en la tabla siguiente para determinar

los valores numéricos de las cantidades faltantes, es decir “complete los espacios

en blanco”.

Etapa ∆U/J Q/J W/J

12 -200 -6000

23 -3800

34 -800 300

41 4700

12341 -1400

4. Se agrega a un sistema cerrado una cantidad de calor de 7.5 kJ a medida que su

energía interna disminuye 12 kJ. ¿Cuánta energía se transfiere como trabajo?

Para un proceso que ocasiona el mismo cambio de estado pero cuyo trabajo es

cero, ¿cuánto calor se transfiere?

5. Un aparato de cilindro y pistón sin fricción, rodeado de la atmósfera, contiene un

determinado gas. Inicialmente la presión del gas de 160 psia y el volumen es 0.10

ft3. Si el gas se expande hasta un volumen final de 0.20 ft3, calcule el trabajo

hecho, en , a través del brazo del pistón. La presión atmosférica es de 1atm.

Suponga que el proceso que conecta a los estados terminales corresponde al tipo

siguiente: a) La presión constante, b) el producto PV es constante y c) el producto

PV2 es constante. d) Compare los tres procesos cuasiestáticos mediante un

diagrama PV.

6. Se expande una cierta cantidad de dióxido de azufre gaseoso (SO2) en el interior

de un aparato de pistón y cilindro. Se obtuvieron los siguientes datos

experimentales:

P, psia 50 40 30 20 10

v, ft3/lbm 2.0 2.4 3.0 4.3 7.6

Calcule el trabajo de expansión hecho por libra de SO2, en .

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7. Se comprime 0.1 lbm de un gas cuya masa molecular es 60, a una temperatura

constante de 600 R, de 0.20 a 0.10 ft3. La relación para el gas se obtiene de

[ ( ⁄ )], en donde ⁄ y ⁄ .

Determine el trabajo cuasiestático requerido, en .

8. Se mantiene un aparato de pistón y cilindro que contiene 0.30lb de gas a una

presión constante de 50 psia. En el curso del proceso el gas pierde 5 Btu de calor,

en tanto que el volumen cambia de 0.3 a 0.5 ft3. Determine el cambio en energía

interna, en Btu/lb.

9. Un aparato vertical de pistón y cilindro contiene un gas que se encuentra

comprimido por un émbolo sin fricción, cuyo peso es de 684 lbf. Un agitador

mecánico contenido en el cilindro hace sobre el gas un trabajo equivalente a

, durante un cierto periodo. Si el gas pierde 8.3 Btu de calor y su

energía interna experimenta un cambio igual a -1.0 Btu, calcule la distancia que el

pistón tendría que moverse, en pies. El área del pistón es 8.0 in2 y la presión

atmosférica en el exterior del cilindro es 14.5 psia.