PROBLEMAS RESUELTOS DE TERMODINMICA

PROBLEMAS RESUELTOS DE TERMODINMICA (LIBRO: WARK, KENMETH, RICHARDS, DONALD, E.)

1) Una batera de proporciona una corriente de 10A durante 0.20 h. Calclese el calor trasferido, en kilojulios, si la energa de la batera disminuye en 94KJ.

SOLUCION:

2) Una batera de 12V se carga suministrando una corriente de 5A durante 40 min. Durante el perodo de carga la batera pierde un calor de 27KJ. Calclese la variacin de energa almacenada en la batera en kilojulios. SOLUCION:

Pero.

Osea

Como los alrededores hacen trabajo sobre el sistema.

En (I):

3) Un convertidor de energa experimental tiene un flujo de calor de entrada de 75.000 KJ/h y una potencia de entrada en eje de 3,0KW. El convertidor produce energa elctrica de 2.000 KJ. Calclese la variacin de energa del convertidor en kilojulios, despus de 4,0 min.

SOLUCION:

Tambin:

4) Una batera de 12V proporciona una corriente de 10A durante 0,22h. Calclese el calor trasferido en BTU. Si la energa de la batera disminuye en 98 BTU.SOLUCION:

5) Una batera de 12V se carga suministrando una corriente de 5A durante 40min. Durante el perodo de carga la batera pierde un calor de 26Btu. Calclese la variacin de energa almacenada en la batera en Btu.SOLUCION:

6) Un convertidor de energa experimental tiene un flujo de calor de entrada de 80.000 Btu/h y una potencia de entrada en eje de 2,2hp.El convertidor produce una potencia elctrica de 18KW. Calclese la variacin de energa del convertidor en Btu, despus de un perodo de 4,0 min.

SOLUCION:

7) Un recipiente rgido contiene nitrgeno gaseoso del que se extrae un flujo de calor constante de 80W, al mismo tiempo se transfiere trabajo mediante una rueda de paletas a una velocidad dada por W=16t, donde W esta en vatios y t en minutos. Determnese (a) la velocidad de variacin de energa del gas con t= 10 min, en vatios, y (b) la variacin neta de energa despus de 20 min en kilojulios.

SOLUCION:

a)

b)

8) Sobre una sustancia contenida en un depsito rgido se realiza trabajo de rueda de paletas, suministrndose 2000W. Simultneamente se extrae un flujo de calor dado por Q=-6t, donde Q esta en vatios y t en minutos. Calclese (a) la velocidad de variacin de energa de la sustancia despus de 12 min, en vatios, y (b) la variacin neta de energa despus de 25 min en kilojulios.

SOLUCION:

a)

b)

9) Un dispositivo cilindro-mbolo que contiene 1,4 Kg de aire se mantiene a una presin constante de 7Bar. Durante el proceso el calor extraido es 49KJ, mientras que el volumen vara de 0,15 a 0,09 m3. Calclese la variacin de energa interna del gas en KJ/Kg.

SOLUCION:

Por unidad de masa.

10) Un dispositivo cilindro-mbolo contiene nitrgeno que se encuentra inicialmente a 6Bar. Determnese (a) el trabajo realizado, en newton.metro, y (b) la variacin de energa interna en kilojulios si al calor suministrado es 5,0 KJ.

SOLUCION:

a)

b)

11) En un dispositivo cilindro-mbolo se comprime oxgeno cuasiestticamente desde un estado inicial de 0,5MPa y 25 cm3 hasta un estado final de 2,0 MPa y 5 cm3 . La elacin presin-volumen se expresa mediante P= a+bV, donde P est en megapascales y V est en centmetros cbicos. (a) Determnese los valores y las unidades de las constantes a y b.(b) Mediante una integracin, determnese la magnitud y el sentido del trabajo intercambiado en kilojulios.

(c) Represntese el proceso en un diagrama PV mostrando claramente los estados inicial y final.

SOLUCION:

a)

Restando (1) y (2) resulta:

b)

c)

12) En un dispositivo cilindro-mbolo sin friccin se expande nitrgeno desde 0,10 a 0,30 m3 El proceso se escribe mediante P= 7,4 40 V + 60 V2 Donde P est En bar y V en metros cbicos.(a) Calclese P para volmenes de 0,1; 0,2 y 0,3 m3 y represntese el proceso en un diagrama PV.

(b) Determnese las unidades de las constantes 40 y 60 de la ecuacin.

(c) Determnese el trabajo realizado en kilojulios.

SOLUCION:

a)

b) se puede determinar directamente.

c)

13) Un dispositivo cilindro-mbolo sin friccin, rodeado por la atmsfera, contiene argn, inicialmente la presin del gas es 800 KPa y el volumen es 0,010 m3 . Si el gas se expande hasta un volumen final de 0,020 m3 Calclese el trabajo realizado en newton.metro, por el eje conectado al embolo, la presin atmosfrica es de100 Kpa. Supngase que los procesos entre los estados inicial y final son los siguientes: (a) la presin es constante , (b) el producto PV es constante, (c) el producto PV2 es constante.

SOLUCION:

a)

b)

c)

14) Un dispositivo cilindro-mbolo contiene 0,2 kilogramos de aire en unas condiciones iniciales de 0,020 m3 y 8Bar. Se permite que el gas se expanda hasta un volumen final de 0,050 m3 . Calclese el trabajo realizado, en KJ/Kg en los siguientes procesos cuasiestticos: (a) la presin es constante, (b) el producto PV es constante, (c) el producto PV2 es constante.

SOLUCION:

a)

Por unidad de masa:

b)

Por unidad de masa:

c)

Por unidad de masa:

15) Durante un proceso cuasiesttico en un dispositivo cilindro-mbolo la presin est relacionada con el volumen mediante P= a bV2 , donde a=4,0 bar y b= 450Bar/ m6 .

(a) Deduzca una ecuacin simblica para W en funcin de las magnitudes a, b, V1 Y V2

(b) Calclese el trabajo necesario en N.m para expandir el gas desde 0,060 hasta 0,080 m3 .

(c) Determnese los valores de P en bar a 0,06; 0,07 y 0,08 m3 y represntese el camino del proceso en el diagrama PV. SOLUCION:

a)

b)

c)

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