Guía de Trabajo Para Jueves Prácticos Termodinámica (1)

Guía de trabajo para Jueves prácticos Termodinámica Aplicada 04/2015 1.- El agua en un recipiente está a presión, mediante aire comprimido, cuya presión se mide con un manómetro de varios líquidos, como se ve en la figura a continuación. Calcule la presión manométrica del aire en el recipiente si h1 = 0.2 m, h2 = 0.3 m y h3 = 0.46 m. Suponga que las densidades de agua, aceite y mercurio son 1000 kg/m3, 850 kg/m3 y 13600 kg/m3, respectivamente. 2.- Calcule la presión atmosférica en un lugar donde la indicación del barómetro es 750 mm Hg. Suponga que la densidad del mercurio es 13 600 kg/m3 3.- La presión manométrica en un líquido, a 3 m de profundidad, es 42 kPa. Determine la presión manométrica en el mismo líquido a la profundidad de 9 m. 4.- La presión absoluta en agua a 5 m de profundidad resulta ser 145 kPa. Determine a) la presión atmosférica local y b) la presión absoluta a 5 m de profundidad, en un líquido cuya gravedad específica sea 0.85, en el mismo lugar geográfico 5.- Un gas está contenido en un dispositivo vertical de cilindro-émbolo entre los que no hay fricción. El émbolo tiene una masa de 3.2 kg y un área de sección transversal de 35 cm2. Un resorte comprimido sobre el émbolo ejerce una fuerza de 150 N. Si la presión atmosférica es de 95 kPa, calcule la presión dentro del cilindro. 6.- Un manómetro que contiene aceite (ρ = 850 kg/m3) se conecta a un recipiente lleno de aire. Si la diferencia del nivel de aceite entre ambas columnas es de 36 cm y la presión atmosférica es de 98 kPa, determine la presión absoluta del aire en el recipiente. 7.- Agua dulce y de mar fluyen en tuberías horizontales paralelas conectadas entre sí mediante un manómetro de tubo en doble U, como se muestra en la figura a continuación. Determine la diferencia de presión entre las dos tuberías, considerando la densidad del agua de mar a ese punto de ρ = 1035 kg/m3. ¿Se puede ignorar la columna de aire en el análisis? 8.- Calcule la presión absoluta P1, del manómetro de la figura a continuación, en kPa. La presión atmosférica local es 758 mm Hg. 9.- Un recipiente con varios líquidos se conecta con un tubo en U, como se ve en la figura a continuación. Para las gravedades específicas y alturas de columna indicadas, calcule la presión manométrica en A. También determine la altura de una columna de mercurio que causara la misma presión en A. 10.- La fuerza F necesaria para comprimir un resorte una distancia x es F = F0 + kx, donde k es la constante del resorte y F0 es la precarga. Calcule el trabajo necesario para comprimir un resorte cuya constante es k = 200 lbf/pulg, una distancia de una pulgada, a partir de su longitud sin precarga (F0 = 100 lbf). Exprese su resultado en lbf · pie y en Btu. 11.- Un automóvil de 1200 kg dañado está siendo remolcado por un camión. Despreciando la fricción, la resistencia del aire y la resistencia al rodado, determine la potencia adicional necesaria a) para velocidad constante en un camino a nivel, b) para velocidad constante de 50 km/h en un camino ascendente con inclinación de 30° respecto a la horizontal y c) para acelerar en un camino a nivel desde reposo hasta 90 km/h en 12 s. 12.- Calcule el trabajo que puede ser hecho por una masa de 400 g que cae desde una altura de 300 cm. 13.- ¿Cuál será el trabajo realizado al desplazar una masa de 500 g, hasta una altura de 1 Km. De su respuesta en calorías y joules. 14.- Si en un proceso dado, el cambio neto ó total de energía interna de un sistema es de 100.0 cal, y el mismo realizó un trabajo de w = 100.0 cal, determine el calor transferido al sistema 15.- Complete las siguientes tablas para el H2O 16.- Tres kilogramos de agua en un recipiente ejercen una presión de 100 kPa, y tienen 250 °C de temperatura. ¿Cuál es el volumen de este recipiente? 17.- Un recipiente de 0.5 m3 contiene 10 kg de refrigerante 134ª, a –20 °C. Determine a) la presión, b) la energía interna total y c) el volumen ocupado por la fase líquida 18.- Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente 1.4 kg de agua líquida saturada a 200 °C. Entonces, se transmite calor al agua, hasta que se cuadruplica el volumen, y el vapor sólo contiene vapor saturado. Determine a) el volumen del recipiente, b) la temperatura y presión finales, y c) el cambio de energía interna del agua. 19.- Un contenedor de 3 pies3 se llena con 2 lbm de oxígeno, a una presión de 80 psia. ¿Cuál es la temperatura del oxígeno? 20.- Una masa de 2 kg de helio se mantiene a 300 kPa y 27 °C en un contenedor rígido. ¿Qué capacidad tiene el contenedor en m3? 21.- Un recipiente rígido contiene un gas ideal a 1227 °C y 200 kPa manométricos. El gas se enfría hasta que la presión manométrica es de 50 kPa. Si la presión atmosférica es de 100 kPa, determine la temperatura final del gas. 22.- Calcule el volumen específico de vapor de agua sobrecalentado a 3.5 MPa y 450 °C, de acuerdo con a) la ecuación del gas ideal, b) la carta de compresibilidad generalizada, y c) las tablas de vapor. Determine el error que se comete en los dos primeros casos. 23.- Un recipiente rígido bien aislado contiene 2 kg de un vapor húmedo de agua, a 150 kPa. En un principio, tres cuartos de la masa están en la fase líquida. Una resistencia eléctrica colocada en el recipiente se conecta con un suministro de voltaje de 110 V, y pasa una corriente de 8 A por la resistencia, al cerrar el interruptor. Determine cuánto tiempo se necesitará para evaporar todo el líquido en el recipiente. También muestre el proceso en un diagrama T-V con respecto a líneas de saturación. 24.- Se condensa isotérmicamente vapor saturado a 200 °C hasta líquido saturado, en un dispositivo de cilindro-émbolo. Calcule el calor transferido y el trabajo efectuado durante este proceso, en kJ/kg. 25.- Un recipiente rígido de 10 L contiene inicialmente una mezcla de agua líquida y vapor a 100 °C con calidad de 12.3 por ciento. Luego se calienta la mezcla hasta que su temperatura es de 150 °C. Calcule la transferencia de calor necesaria para este proceso.