UNIVERSIDAD TECNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA

INGENIERIA MECANICA ELECTROMECANICA

PRACTICA Nº 2

MATERIA : TERMODINAMICA TECNICA SIGLA : MEC 2254DOCENTE : ING. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANIAUXILIAR : UNIV. JUAN CARLOS ESPINOZA FLORESPARALELO : CSEMESTRE : 2009 / IIFECHA DE EMISION : 08 / 10 / 2009FECHA DE ENTREGA : SEGUNDO EXAMEN PARCIAL (impostergable)

UNIDAD 4: PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

1. ¿Cómo se define la primera ley de la termodinámica? Explique y ejemplifique.

2. ¿Cuáles son los tres tipos posibles de transferencia de trabajo asociados con el flujo simple compresible a través de un volumen de control de frontera fija y estacionaria?

3. En un diagrama P-V ¿Qué representa el área bajo la curva del proceso?

4. Explíquese por que las interacciones trabajo suelen ser funciones del proceso o del camino y porque el trabajo de aceleración sin friccion no es función del camino.

5. Sobre una sustancia contenida en un depósito rígido se realiza trabajo de rueda de paletas,

suministrándose 200W. Simultáneamente se extrae un flujo de calor dado por , donde esta en vatios y t en minutos. Calcúlese (a) la velocidad de variación de energía de la sustancia después de 12 min. En vatios, (b) la variación neta de energía después de 25 min. En kilojulios.

Respuesta: (a) 18 W, (b) 188 kJ

6. En un dispositivo cilindro-embolo sin friccion se expande helio desde 1.0 a 3.0 ft3. El proceso se

describe mediante , donde P esta en Psia y V en pies cúbicos.

a. Calcúlese P para volúmenes de 1,2 y 3 ft3 y represente el proceso en un diagrama PV.b. Determínese las unidades de las constantes 400 y 600 de la ecuación.

c. Determínese el trabajo realizado en .

Respuesta: (a) 400, 180, 80; (c) -57600

7. Por una turbina circulan en régimen estacionario 20000 kg/h de vapor de agua que entra a 4 bar y 440 ºC y sale a 0.20 bar y una calidad del 90%. Se pierde un calor de 20 kJ/kg. El conducto de entrada tiene un diámetro de 8 cm y la sección de salida es rectangular, de dimensiones 0.9 m por 1.1 m. Calcúlese (a) la variación de energía cinética, (b) la potencia obtenida. Expresando ambos resultados en kilovatios.

Respuesta: (a) -16.9 kW, (b) -5090 kW

8. Por el interior de 20 tubos de un intercambiador de calor de carcasa y tubos circula un flujo de 240 kg/min de agua líquida a 5 bar y 140ºC, y salen a 4.8 bar y 60ºC. El agua se enfria haciendo pasar un flujo volumétrico de 1000 m3/min de aire inicialmente a 110 kPa y 25ºc por la carcasa del cambiador. La presión de salida del aire es 105 kPa. Determínese: (a) la temperatura de salida del aire en grados Celsius, (b) el área de entrada de la corriente en metros cuadrados, si la velocidad de entrada del aire es 25 m/s, y (c) la velocidad de entrada del agua en m/s, si cada tubo tiene un diámetro de 2.0 cm.

Respuesta: (a) 87ºC, (b) 0.67 m2, (c) 0.69 m/s

UNIDAD 5: GAS IDEAL Y MEZCLA DE GASES IDEALES

1. Escribir la ecuación de estado del gas ideal, en función de número de moles “n”, así como también función de la densidad “ρ”.

2. Deducir la ecuación de estado utilizando dos cualesquiera de las tres expresiones para las leyes de Boyle y de Charles para deducir la ecuación del gas ideal.

3. Como se define los calores específicos de un gas ideal, y deduzca la siguiente expresión:

4. Explique la descripción de la mezcla, sus propiedades y la ley de Amagat.

5. La temperatura de un gas ideal permanece constante mientras la presión absoluta varia de 103.4kPa abs. a 827.2 kPa abs. (a) si el volumen inicial es de 80 litros, ¿Cuál es el volumen final? (b) para 160gr de gas, determine el cambio de densidad expresado como porcentaje de la densidad inicial.

Respuesta: (a) 10 litros, (b)700% de aumento

6. En un depósito de 50L se tiene monóxido de carbono a 210 kPa y 127ºC. (a) Determínese la masa del gas, en kilogramos, (b) hay un escape de 0.02kg de gas y la temperatura baja hasta 27ºC. Calcúlese la presión manométrica del gas que queda en el depósito en kilopascales, si la presión barométrica es 98.8 kPa.

Respuesta: (a) 0.0884 kg, (b)23.0 kPa

7. Un recipiente rígido contiene 2 kmol de gas N2 y 6 kmol de gas CO2 a 300 ºK y 15 MPa (fig. 7.1). Calcule el volumen del recipiente con base en: (a) la ecuación de estado de gas ideal, (b) la regla kay, (c) factores de compresibilidad y la ley de amagat, y (d) factores de compresibilidad y la ley de Dalton.

Fig. 7.1. Recipiente rígido.

Respuesta: (a) 1.33m3, (b) 0.652m3, (c) 0.638m3, (d) 0.648m3

8. Un recipiente rígido aislado se divide en dos compartimientos por medio de un separador como se muestra en la Fig. 8.1. Un compartimiento contiene 7 kg de gas de oxigeno a 40ºC y 100kPa, y el otro compartimiento contiene 4 kg de gas nitrógeno a 20ºC y 150kPa. Después se quita el separador y se deja que los dos gases se mezclen. Determine: (a) la temperatura de la mezcla, (b) la presión de la mezcla después de que se ha establecido el equilibrio.

Fig. 7.1. Recipiente rígido aislado.

Respuesta: (a) 32.2ºC, (b) 114.5 kPa

UNIDAD 6: PROCESOS

1. ¿Qué es un proceso isométrico e isobárico? Explique y ejemplifique

2. ¿Qué es un proceso isotérmico e isentropico? Explique y ejemplifique

3. ¿Qué es un proceso adiabático, reversible e irreversible? Explique y ejemplifique

4. ¿Qué es un proceso politropico? Explique y ejemplifique

5. Se tiene una masa de 1.36 kg de aire a 137.9 kPa abs. agitada por paletas internas en un recipiente rígido termoaislado, cuyo volumen es 0.142 m3, hasta que la presión alcanza 689.5 kPa

abs. Determine: (a) el trabajo de entrada, (b) , (c) , (d) .

Respuesta: (a) 196.2.kJ, (b) 78.3 kJ.

6. Se tiene una masa de 1.36 kg de un cierto gas, para el cual , k=1.25 que experimenta

un proceso a volumen constante sin flujo desde P1=551.6 kPa y T1=60 ºC, hasta P2=1655 kPa abs. Durante el proceso el gas es agitado interiormente y también se suministra 105.5 kJ de calor.

Determine: (a) T2, (b) el trabajo de entrada, (c) Q, (d) y (e) .

Respuesta: (a) 999 K, (b) -1260.5 kJ, (e) 2.253 kJ/K.

7. Se tiene un flujo de 2.27 kg/min de vapor de agua que experimenta un proceso isotérmico desde

27.6 bar, 316 ºC hasta 6.9 bar. Trace los diagramas pV y TS, y determine: (a) . (b) Q, (c) W para

proceso sin flujo, (d) W para un proceso de flujo constante con .

Respuesta: (a) 1.6 kJ/K-min, (b) 942, (c) 876, (d) 798 kJ/min

8. El trabajo requerido para comprimir un gas reversiblemente de acuerdo con PV1.30=C es de 67790

J si no hay flujo. Determine si el gas es: (a) aire, (b) metano.

Respuesta: (a) 50.90 kJ, - 16.99kJ

……………………………………………………. ……………………………………………………………. ING. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI UNIV. JUAN CARLOS ESPINOZA FLORES DOCENTE AUXILIAR

BIBLIOGRAFIAS

- TERMODINÁMICA Autor: Kenneth Wark - Donald E. Richards 6ta. Edición- TERMODINÁMICA Autor: Virgil Moring Faires Editorial Hispano Americano

- INGENIERÍA TERMIDINÁMICA FUNDAMENTOS Y APLICACIÓN Autor: Francis F. Huang- TERMODINÁMICA Autor: Yunus Cengel incluye CD.