BALOTARIO II UNIDAD OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS

TERMODINAMICA

1. Un recipiente con un émbolo móvil contiene 4 L de un gas. Si la variación de energía interna que experimenta es de –300 J y ha absorbido 100 J del entorno, ¿cuál será el volumen final que ocupa el gas suponiendo una presión exterior de 2 atm?

2. Calcula el incremento de energía interna de un sistema que recibe 2000 J mediante calor y realiza un trabajo de 1000 J.

3. 0.5 kg de alcohol etílico ocupan un volumen de 0.633 cm3. Calcular su densidad y peso específico.4. Un objeto tiene una masa de 2190 kg. a) ¿Cuál es el peso del objeto? b) Si el volumen que ocupó es de 0.75 m3, ¿Cuál es su peso específico?

ENERGIA, TRABAJO, CALOR

1. Un sistema cerrado recibe 100 J de calor y realiza 125 J de trabajo sobre el medio exterior, ¿Cuál es su energía interna?

2. ¿Cuánto varía la energía interna de un sistema cerrado que no realiza trabajo y que cede en forma de calor 1 000 calorías al medio exterior?

3. Calcula el incremento de energía interna de un sistema que recibe 2000 J mediante calor y realiza un trabajo de 1000 J.

4. Un sistema realiza un trabajo de 150 J sobre el entorno y absorbe 80 J de calor. Halla la variación de energía interna del sistema.

5. Una piedra de 2,4 Kg. se encuentra en reposo a una altura de 10m sobre el suelo, calcula: su energía potencial, cinética y mecánica, así como la velocidad con la que llegaría al suelo.

6. Una televisión irradia 3,2 Kwh. Calcula en kilocalorías y en julios la energía suministrada en 3 horas.7. Calcula la energía potencial de un muelle que colgándole 100g se alarga 2,5cm. 8. Calcula el rendimiento de un motor que realiza un trabajo de 80J por cada 200J de energía que

consume. ¿Qué cantidad de la energía suministrada se disipa caloríficamente? ¿Podría disipar un 0%?9. Enumera 5 procesos de la vida diaria en los que se producen pérdidas de energía por disipación

calorífica.10. Un cuerpo situado en lo alto de una colina, presenta una energía potencial de 500J. ¿Cuánto vale su

energía mecánica? ¿Y su energía cinética?11. Si el cuerpo anterior lo echamos a rodar, ¿qué energía mecánica presentará a mitad del recorrido? ¿Y

qué valor tendrá la energía cinética en ese punto intermedio? ¿y la potencial?12. Un calefactor irradia 1,5 Kwh. Calcula en calorías y en julios la energía suministrada en 5 horas.13. ¿Cuánto costaría tener encendido el calefactor de la actividad anterior, si la empresa de Sevillana

electricidad S.A., nos cobra a 0,40 soles el Kwh?14. Calcula la Energía Cinética que posee un móvil de 500Kg de masa y que se mueve a una velocidad de

80Km/h.15. Una piedra de 2,4 Kg. se encuentra en reposo a una altura de 10m. Sobre el suelo, calcula:

a) Su energía potencial b) Su energía cinética. c) Su energía mecánica d) La velocidad con la que llegaría al suelo.

FLUIDOS I y II

1. Un buzo se ubica 20 m bajo la superficie de un lago (r = 1000 kg/m 3). ¿Cuál es la presión debida al agua?

2. Un bloque de latón de 2 kg se une a una cuerda y se sumerge en agua. Encuentre la fuerza de flotación y la tensión en la cuerda.

3. Un estudiante flota en un lago salado con un tercio de su cuerpo sobre la superficie. Si la densidad de su cuerpo es 970 kg/m3, ¿cuál es la densidad del agua del lago?

4. a) ¿Qué presión ejerce sobre el suelo un vehículo de 2000 kg, sabiendo que cada una de sus cuatro ruedas se apoya sobre una superficie de 30 cm2?b) Una bailarina de 60 Kg, se apoya sobre la punta de uno de sus pies. Sabiendo que la superficie de la punta es de 8 cm2, ¿Qué presión ejerce sobre el suelo?c) ¿Cuál de los dos, el coche o la bailarina, ejerce más presión?

5. Un chico de 45 kg de masa se encuentra de pie sobre la nieve. Calcula la presión sobre este sí:a) Se apoya sobre unas botas, cuyas superficies suman 400 cm2.b) Se apoya sobre unos esquís de 150 × 22 cm cada uno. ¿Sabrías decir en qué situación se hundirá menos en la nieve? Razona la respuesta.

6. Sabiendo que la densidad del alcohol es de 790 kg/m3 y la del aceite de oliva 910 kg/m3. ¿Cuál de los dos tiene más masa, el aceite o el alcohol, en un litro de estas sustancias?

7. Un cubo de aluminio de 5 cm de arista está apoyado en el suelo sobre una de sus caras. Calcula la presión en Pascales que ejerce sobre el suelo sabiendo que la densidad del aluminio es 2700 kg/m3.

8. Un buceador desciende a 10 metros de profundidad en el mar. ¿Cuál es la presión que está soportando, si la densidad del agua del mar es 1025 kg/m3?

9. Calcula la presión que soportan las paredes de un submarino cuando se encuentra sumergido a 200 m de profundidad. ¿Cuál será la fuerza que actuará sobre una escotilla si tiene forma circular y 80 cm de diámetro?(Dagua de mar = 1030 kg/m3; g = 9.8 m/s2)

10. Un recipiente con forma cilíndrica y 150 cm2 de superficie contiene 1 litro de agua y 2 litros de mercurio. ¿Cuál es la presión en el fondo del recipiente?.(Dagua = 1000 kg/m3; Dmercurio = 13600 kg/m3.)

11. En un prensa hidráulica la superficie del pistón pequeño es 8 cm2, y la del mayor, 4 dm2. ¿Qué presión se ejerce en el émbolo grande, si sobre el pequeño se sitúa una masa de 10 kg?

12. Una prensa hidráulica tiene dos pistones de 5 cm2 y 500 cm2 de superficie respectivamente. Si se coloca un cuerpo de 8000 g sobre el pistón pequeño, ¿qué masa habrá que colocar en el émbolo grande para que los dos pistones estén a la misma altura?

13. Un deposito contiene aceite de peso específico γ= 0,9 kg/dm³ hasta 110 dm de altura sobre el fondo.Hallar el empuje ejercido sobre una tapa circular de 10 dm de diámetro apoyada verticalmente contra el fondo del tanque.

14. Un trozo de madera de densidad relativa 0,75 flota en un río. ¿Qué fracción de su volumen queda por fuera de la superficie del agua?

15. Calcular la superficie mínima de una plancha de madera ligera, de 0,7 g/cm3, para que flote sobre un río, transportando un peso de 1 carro y 5 personas, con una masa aproximada total de2,5 toneladas. Suponga que esa plancha tiene un espesor de 20cm.

16. Determine si el flujo es laminar o turbulento si fluye glicerina a 25 °C en una tubería cuyo diámetro interior es de 150 mm. La velocidad promedio del flujo es de 3,6 m/s.

17. Determine si el flujo es laminar o turbulento, si circula agua a 70 oC en un tubo de cobre de 0,02527 a razón de 285 l/min.

18. Determine el rango de velocidad promedio donde el flujo estaría en la región crítica, si aceite con viscosidad dinámica de 2.1·10-3 lb·s/pie2

y densidad 1.73slug/pie3 fluyera por una tubería de 0.1723 pies de diámetro.19. Calcule el Número de Reynolds para Aceite de Oliva a una velocidad de 10 m/s fluyendo por una

tubería de ¼ de pulgada, a 21 °C. Este aceite tiene una viscosidad de 1 poise, y una densidad de 0.913.20. Determinar el Número de Reynolds para agua circulando por una tubería circular de 2,54 pulgadas

con un caudal de 900 l/hora; viscosidad 10-3Pa·s, densidad 1000 Kg/m321. Un conducto de 4 pulgadas de diámetro lleva 0,20 pies3/s de glicerina (sg=1,26) a 100ºF. ¿Es el flujo

laminar o turbulento?

CONDUCTIVIDAD TERMICA

1.- El parabrisas de un automóvil se desempaña mediante el paso de aire caliente a Ti = 40 ºC sobre su superficie interna. El coeficiente de convección en esta superficie es hi = 30 [W/m2 - ºK]. La temperatura del aire exterior es Tinf = -10 ºC y el coeficiente de convección es hc = 65 [W/m2 - ºK].

a) Calcular las temperaturas de las superficies interna y externa del parabrisas de vidrio que tiene 4 [mm] de espesor. (kvidrio(a 300 ºK) = 1,4 [W/m - ºK]).

2.- Una gran ventana de vidrio mide 2 m de ancho y 6 m de alto. La superficie interior está a 20 0C y la superficie exterior a 12 0C. ¿Cuántos joules de calor pasan a través de esta ventana en una hora? Suponga L = 1.5 cm y que k = 0.8 J/s m C0.

3.- La pared de una planta congeladora está compuesta de 8 cm de tablero de corcho y 12 cm de concreto sólido. La superficie interior está a -200C y la superficie exterior a +250C. ¿Cuál es la temperatura de la interfaz ti?

4.- Explique, en términos del balance entre el calor generado y disipado, los siguientes fenómenos:

a) Un fósforo encendido se apaga cuando se mantiene vertical (con la llama arriba) y se quema completamente si se mantiene horizontal.

b) La ceniza de un cigarro se pone incandescente (al rojo) al aspirarlo. Muestre la ecuación para determinar la temperatura estacionaria.

5.- Encontrar la temperatura de interfaz para una pared compuesta: