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Fundamentos de termodinámica técnica

Michael J. Moran, Howard N. Shapiro

Chapter 3

PROPIEDADES DE UNA SUSTANCIA PURA, SIMPLE Y COMPRESIBLE - all with Video Answers

Educators

Chapter Questions

Problem 1

Explique el significado de los siguientes términos: sustancia pura, sistema simple compresible, punto crítico, vapor saturado, presión de saturación, líquido subenfriado, vapor sobrecalentado, título, punto triple, sólido saturado.

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00:58

Problem 2

Determine la fase o fases en un sistema constituido por $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ en las condiciones siguientes y localice los estados sobre diagramas $p-v$ y $T-v$ adecuadamente caracterizados.
(a) $p=500 \mathrm{kPa}, T=200^{\circ} \mathrm{C}$,
(b) $p=5 \mathrm{MPa}, T=264^{\circ} \mathrm{C}$,
(c) $T=180^{\circ} \mathrm{C}, p=0,9 \mathrm{MPa}$,
(d) $p=20 \mathrm{MPa}, T=100^{\circ} \mathrm{C}$,
(e) $T=-10^{\circ} \mathrm{C}_r p=1,0 \mathrm{kPa}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:05

Problem 3

Represente la relación presión-temperatura para mezclas bifásicas líquido-vapor del agua entre la temperatura del punto triple y la del punto crítico. Utilice una escala logarítmica para la presión, en bar y una escala lineal para la temperatura, en ${ }^{\circ} \mathrm{C}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:38

Problem 4

Represente la relación presión-temperatura para mezclas bifásicas líquido-vapor del Refrigerante 134a en el rango de temperaturas de -40 a $100^{\circ} \mathrm{C}$, con la presión en kPa y la temperatura en ${ }^{\circ} \mathrm{C}$. Utilice una escala logarítmica para la presión y una lineal para la temperatura.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:18

Problem 5

Represente, en un diagrama $p-v$ en escala doble logaritmica, lo siguiente:
(a) Las curvas de líquido y vapor saturados desde el punto triple al punto crítico, con la presión en MPa y el volumen específico $\mathrm{en}^3 / \mathrm{kg}$.
(b) Las curvas de temperatura constante a 100 y $300^{\circ} \mathrm{C}$.

Dominador Tan
Dominador Tan
Numerade Educator
01:49

Problem 6

Determinese el título de las mezclas bifásicas líquidovapor siguientes:
(a) $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ a $200^{\circ} \mathrm{C}$ con un volumen específico de $0,1 \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$.
(b) Refrigerante 134a a 2,0 bar con un volumen específico de $0,07 \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$.
(c) Refrigerante $134 \mathrm{a}$ a $-40^{\circ} \mathrm{C}$ con un volumen específico de $0,3569 \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 7

El volumen especifico del líquido y vapor saturados de nitrógeno a $100 \mathrm{~K}$ son, respectivamente, $v_{\mathrm{f}}=1,452 \times 10^{-3} \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$ y $\mathrm{g}_{\mathrm{g}}=31,31 \times 10^{-3} \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$. Determínese el título de $22 \mathrm{~kg}$ de una mezcla bifásica líquido-vapor a $100 \mathrm{~K}$ en un depósito cuyo volumen es $0,5 \mathrm{~m}^3$.

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02:16

Problem 8

Determinese el volumen, en $\mathrm{m}^3$, ocupado por $1,5 \mathrm{~kg}$ de amoníaco a $2 \mathrm{bar}, 20^{\circ} \mathrm{C}$.

Jennifer Hudspeth
Jennifer Hudspeth
Numerade Educator
01:13

Problem 9

Un recipiente cerrado con un volumen de $0,018 \mathrm{~m}^3$ contiene $1,2 \mathrm{~kg}$ de Refrigerante 22 a 10 bar. Determine su temperatura, en ${ }^{\circ} \mathrm{C}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
02:23

Problem 10

Calcúlese el volumen, en $\mathrm{m}^3$, ocupado por $2 \mathrm{~kg}$ de una mezcla bifásica líquido-vapor de $\mathrm{R} 134 \mathrm{a}$ a $-10^{\circ} \mathrm{C}$ cuyo título es de un $80 \%$.

Khoobchandra Agrawal
Khoobchandra Agrawal
Numerade Educator
01:05

Problem 11

En un depósito cuyo volumen es $0,21 \mathrm{~m}^3$ se almacena amoníaco. Determínese la masa, en kg, si se halla como líquido saturado a $20^{\circ} \mathrm{C}$. $¿$ Cuál es su presión, en $\mathrm{kPa}$ ?

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 12

Una mezcla bifásica líquido-vapor de $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ tiene una temperatura de $300^{\circ} \mathrm{C}$ y un título del $75 \%$. La mezcla ocupa un volumen de $0,05 \mathrm{~m}^3$. Determine las masas de líquido y vapor saturados presentes, en $\mathrm{kg}$.

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01:41

Problem 13

Un depósito de almacenamiento en un sistema de refrigeración tiene un volumen de $0,006 \mathrm{~m}^3$ y contiene una mezcla bifásica líquido-vapor de R134a a $180 \mathrm{kPa}$ con un título $x=0,9(90 \%)$. Determine las masas de líquido y vapor saturados presentes, en $\mathrm{kg}$, y la fracción del volumen total que ocupa cada fase.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:53

Problem 14

Cinco $\mathrm{kg}$ de vapor de agua saturados están contenidos en un depósito rígido a una presión inicial de $40 \mathrm{bar}$. La presión del agua cae a 20 bar como consecuencia de la cesión de calor al ambiente. Determínese el volumen del depósito, en $\mathrm{m}^3$, y el título del estado final.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 15

Un depósito rígido cerrado contiene vapor. Inicialmente la presión y temperatura del vapor son 15 bar y $240^{\circ} \mathrm{C}$, respectivamente. La temperatura desciende a $20^{\circ} \mathrm{C}$ como resultado del calor cedido al ambiente. Determinese, para el estado final
(a) la presión en $\mathrm{kPa}$,
(b) la fracción de la masa total que condensa,
(c) los porcentajes del volumen ocupados por el líquido y el vapor saturados.

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Problem 16

En un recipiente cerrado y rígido se enfría agua cuyo estado es líquido saturado de modo que en el estado final la temperatura es $50^{\circ} \mathrm{C}$ y las masas de líquido y vapor saturados presentes son $1.999,97 \mathrm{~kg}$ y $0,03 \mathrm{~kg}$, respectivamente. Determínese la temperatura inicial, en ${ }^{\circ} \mathrm{C}$, y el volumen del depósito, en $\mathrm{m}^3$.

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01:39

Problem 17

Una masa de refrigerante 134a sufre un proceso a presión constante desde vapor saturado a $-18,8^{\circ} \mathrm{C}$ hasta una temperatura final de $20^{\circ} \mathrm{C}$. Determine el trabajo para el proceso, en $\mathrm{kJ}$ por $\mathrm{kg}$ de refrigerante.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:25

Problem 18

Una mezcla bifásica líquido-vapor de $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ está inicialmente a una presión de 30 bar. Determinese el título del estado inicial si se alcanza el punto crítico cuando se calienta a volumen constante.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 19

Una masa de Refrigerante 22 sufre un proceso para el que la relación $p-v$ es $p v^n=$ constante. Los estados inicial y final del refrigerante son $p_1=2 \mathrm{bar}, T_1=10^{\circ} \mathrm{C}$ y $p_2=10 \mathrm{bar}$, $T_2=60^{\circ} \mathrm{C}$, respectivamente. Calcule la constante $n$ para el proceso.

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01:30

Problem 20

Una masa de Refrigerante 134a sufre un proceso para el que la relación $p-v$ es $p v^n=$ constante. Los estados inicial y final del refrigerante son $p_1=200 \mathrm{kPa}, T_1=-10^{\circ} \mathrm{C}$ y $p_2=1.000 \mathrm{kPa}$, $T_2=50^{\circ} \mathrm{C}$, respectivamente. Calcule el trabajo para el proceso en $\mathrm{kJ}$ por $\mathrm{kg}$ de refrigerante.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:00

Problem 21

Determínense, para el $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$, los valores de las propiedades señaladas en los estados indicados y localice cada estado en diagramas $p-v$ y $T-v$ cuidadosamente rotulados.
(a) Para $p=1,5 \mathrm{bar}, T=280^{\circ} \mathrm{C}$, hállese $v \mathrm{en}^3 / \mathrm{kg}$ y $u \mathrm{en} \mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.
(b) Para $p=1,5 \mathrm{bar}, v=0,9 \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$, hállese $T \mathrm{en}{ }^{\circ} \mathrm{C}$ y $u \mathrm{en} \mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.
(c) Para $T=400^{\circ} \mathrm{C}, p=12$ bar, hállese ven $\mathrm{m}^3 / \mathrm{kg}$ y $h$ en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.
(d) Para $T=320^{\circ} \mathrm{C}, v=0,30 \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$, hállese $p$ en MPa y $u$ en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.
(e) Para $p=32 \mathrm{MPa}, T=400^{\circ} \mathrm{C}$, hállese $v \mathrm{en}^3 / \mathrm{kg}$ y $h$ en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.
(f) Para $T=200^{\circ} \mathrm{C}, x=80 \%$, hállese $v$ en $\mathrm{m}^3 / \mathrm{kg}$ y $p$ en bar.
(g) Para $T=-10^{\circ} \mathrm{C}, v=1,0891 \times 10^{-3} \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$, hállese $p$ en $\mathrm{kPa}$ y hen $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.
(h) Para $p=2,5 \mathrm{MPa}, T=140^{\circ} \mathrm{C}$, hállese $v$ en $\mathrm{m}^3 / \mathrm{kg}$ y $u$ en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:36

Problem 22

Determine, para el $\mathrm{R} 22$, los valores de las propiedades indicadas en cada uno de los casos siguientes:
(a) Para $p=200 \mathrm{kPa}$ y $T=88^{\circ} \mathrm{C}$, determine $v \mathrm{en}^3 / \mathrm{kg}$ y $u \mathrm{en} \mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.
(b) Para $T=60^{\circ} \mathrm{C}$ y $v=0,072 \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$, determine $p$ en $\mathrm{kPay}$ $h$ en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.
(c) Para $p=800 \mathrm{kPa}$ y $v=0,005 \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$, determine $T$ en ${ }^{\circ} \mathrm{C}$ y $u \mathrm{en} \mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:14

Problem 23

Una cierta cantidad de agua está a $10 \mathrm{MPa}$ y $180^{\circ} \mathrm{C}$. Calcúlese el volumen específico, en $\mathrm{m}^3 / \mathrm{kg}$, y la entalpía específica, en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$, utilizando
(a) datos tomados de la Tabla A-5,
(b) datos para líquido saturado tomados de la Tabla A-2.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:14

Problem 24

Calcúlese la entalpía específica en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$, del agua a $100^{\circ} \mathrm{C}$ y a 15 MPa de presión.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 25

En un sistema cilindro-pistón se calienta vapor de agua a temperatura constante igual a $400^{\circ} \mathrm{F}$ desde la presión de saturación hasta una presión de $100 \mathrm{lbf} / \mathrm{in}^2$. Determine el trabajo en Btu por lb de vapor de agua, mediante la integración de la Ec. 2.17
(a) numéricamente con datos de las tablas de vapor,
(b) mediante un programa de ordenador.

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01:07

Problem 26

Calcule el volumen específico, en $\mathrm{m}^3 / \mathrm{kg}$, y la entalpia específica, en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$, del R134a a $41^{\circ} \mathrm{C}$ y $1,4 \mathrm{MPa}$.

Mayukh Banik
Mayukh Banik
Numerade Educator

Problem 27

Un depósito rígido, bien aislado, contiene $3 \mathrm{~kg}$ de una mezcla bifásica líquido-vapor de $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ a $200 \mathrm{kPa}$ con un título del $84 \%$. Una rueda de paletas agita la mezcla hasta que en el depósito sólo hay vapor saturado. Los efectos de las energías cinética y potencial son inapreciables. Para el agua, determine la cantidad de energía transferida por trabajo, en kJ.

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01:03

Problem 28

Una mezcla bifásica líquido-vapor de $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$, inicialmente a 1,0 MPa con un título de $90 \%$, está contenida en un depósito rígido, bien aislado. La masa de $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ es $2 \mathrm{~kg}$. Una resistencia eléctrica en el depósito transfiere energía al agua con una potencia constante de $60 \mathrm{~W}$. Determine el tiempo, en $\mathrm{h}$, cuando la temperatura en el depósito alcanza $200^{\circ} \mathrm{C}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 29

Una mezcla bifásica líquido-vapor de agua se encuentra en equilibrio a $244,4^{\circ} \mathrm{C}$, con un título igual a $0,2(20 \%)$ y siendo la masa $0,454 \mathrm{~kg}$. Determine la masa de vapor, en $\mathrm{kg}$. y el volumen total del sistema, en $\mathrm{m}^3$.

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05:01

Problem 30

Calcúlese la transferencia de calor, en kJ, para el proceso descrito por el Problema 3.16.

Mohammad Mehran
Mohammad Mehran
Numerade Educator
05:01

Problem 31

Calcúlese la transferencia de calor, en $\mathrm{kJ}$ por $\mathrm{kg}$ de refrigerante, para el proceso descrito por el Problema 3.20.

Mohammad Mehran
Mohammad Mehran
Numerade Educator
08:36

Problem 32

Un dispositivo cilindro-pistón contiene una mezcla bifásica líquido-vapor de amoníaco inicialmente a $500 \mathrm{kPa}$ con un título del $98 \%$. Se produce una expansión a un estado donde la presión es $150 \mathrm{kPa}$. Durante el proceso la presión y el volumen específico están relacionados por $p v=$ constante. Para el amoniaco, determine las transferencias de calor y trabajo por unidad de masa, en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.

Mohammad Mehran
Mohammad Mehran
Numerade Educator
02:12

Problem 33

Dos $\mathrm{kg}$ de agua, inicialmente como vapor saturado a 100 $\mathrm{kPa}$, se enfrían hasta líquido saturado en un proceso a presión constante. Determine las transferencias de calor y trabajo para el proceso, en kJ. Compruebe que, en este caso, la transferencia de calor es igual a la variación de entalpía del agua.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:35

Problem 34

Una mezcla bifásica líquido-vapor de $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ con un título inicial del $25 \%$ está contenida en un dispositivo cilindropistón como se muestra en la Fig. P3.34. La masa del pistón es $40 \mathrm{~kg}$ y su diámetro es $10 \mathrm{~cm}$. La presión atmosférica del entorno es 1 bar. Las posiciones inicial y final del pistón se ven en el diagrama. Cuando el agua se calienta, la presión en el interior del cilindro permanece constante hasta que el pistón golpea los topes. La transferencia de calor al agua continúa hasta que su presión es 3 bar. El rozamiento entre el pistón y la pared del cilindro es despreciable. Determine la cantidad total de calor transferido, en J. Tome $g=9,81 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:39

Problem 35

Dos kg de Refrigerante 22 sufren un proceso dado por la relación $p v^{1,05}=$ constante. El estado inicial corresponde a 2 bar y $-20^{\circ} \mathrm{C}$ mientras que la presión final es 10 bar. Calcule el $W$ para el proceso, en $k J$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:12

Problem 36

Un sistema que consiste en $2 \mathrm{~kg}$ de $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ recorre un ciclo compuesto de los siguientes procesos:
Proceso 1-2: expansión con $p v=$ constante desde vapor saturado a 100 bar hasta 10 bar.
Proceso 2-3: proceso a presión constante hasta $v_3=v_1$.
Proceso 3-1: calentamiento a volumen constante.
Represente el ciclo sobre diagramas $p-v$ y $T-v$. Despreciando los efectos de las energías cinética y potencial, determine el trabajo neto para el ciclo y la transferencia de calor para cada proceso, todo ello en $\mathrm{kJ}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:03

Problem 37

Un sistema aislado consiste en una rodaja de cobre de 10 $\mathrm{kg}$ inicialmente a $30^{\circ} \mathrm{C}$ y $0,2 \mathrm{~kg}$ de vapor de agua saturado inicialmente a $130^{\circ} \mathrm{C}$. Suponiendo que no hay cambio en el volumen, determinese la temperatura del sistema aislado en el estado final de equilibrio, en ${ }^{\circ} \mathrm{C}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:13

Problem 38

Un sistema está constituido por un líquido considerado incompresible con calor específico constante $c$. Dicho líquido llena un depósito rígido cuya superficie interior tiene un área A. Mediante una rueda de paletas se transfiere trabajo al líquido con un flujo constante. La transferencia de calor con el entorno supone un flujo cuyo valor viene dado por $Q=-\mathrm{hA}\left(T-T_0\right)$, donde $T$ es la temperatura del líquido en cada instante, $T_0$ es la temperatura del entorno, y $\mathrm{h}$ es el coeficiente global de transferencia de calor. En el instante inicial, $t=0$, el depósito y su contenido están a la temperatura $T_0$ del entorno. Obténgase una ecuación diferencial para la temperatura $T$ en función del tiempo $t$ y de otros parámetros significativos. Resuélvase dicha ecuación para obtener $T(t)$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 39

Aplíquese el balance de energía a un elemento de espesor diferencial dentro del tabique plano de la Fig. 2.13. A partir de la densidad, el calor específico y la ley de Fourier, obténgase una ecuación diferencial para la temperatura como función del tiempo dentro del muro.

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01:12

Problem 40

Determine el factor de compresibilidad para el vapor de agua a 6 MPa y $600 \mathrm{~K}$, utilizando
(a) datos a partir de la gráfica de compresibilidad,
(b) datos a partir de las tablas de vapor.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 41

Una masa de nitrógeno $\left(\mathrm{N}_2\right)$ ocupa un volumen de 90 litros a $27 \mathrm{MPa}$ y $200 \mathrm{~K}$. Determine dicha masa, en kg.

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01:25

Problem 42

Un depósito rígido contiene $0,5 \mathrm{~kg}$ de oxígeno $\left(\mathrm{O}_2\right)$ inicialmente a 40 bar y $180 \mathrm{~K}$. El gas se enfría, descendiendo la presión a 33 bar. Determine el volumen del depósito, en $\mathrm{m}^3$, y la temperatura final, en K.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
03:36

Problem 43

Determine para el aire, el rango de presiones, en $\mathrm{kPa}$, para el cual el valor del factor de compresibilidad, $Z$, permanece en el intervalo 0,95 a 1,05 para las temperaturas siguientes:
(a) $T=270 \mathrm{~K}$,
(b) $T=330 \mathrm{~K}$,
(c) $T=400 \mathrm{~K}$.

Anand Jangid
Anand Jangid
Numerade Educator

Problem 44

Un depósito contiene $0,042 \mathrm{~m}^3$ de $\mathrm{O}_2$ a $21^{\circ} \mathrm{C}$ y $15 \mathrm{MPa}$. Determine la masa del oxigeno, en $\mathrm{kg}$, empleando
(a) el modelo de gas ideal,
(b) datos tomados de la gráfica de compresibilidad.
Analice la validez del modelo de gas ideal para el oxigeno en este estado.

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01:39

Problem 45

Verifique la validez del modelo de gas ideal para el Refrigerante $134 \mathrm{a}$ a una temperatura de $80^{\circ} \mathrm{C}$ y una presión de:
(a) $1,6 \mathrm{MPa}$,
(b) $0,10 \mathrm{MPa}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 46

Determínese la presión en $\mathrm{kPa}$, del nitrógeno $\left(\mathrm{N}_2\right)$ a $-80^{\circ} \mathrm{C}$ y con un volumen específico de $0,0045 \mathrm{~m}^3 / \mathrm{kg}$, utilizando la gráfica de compresibilidad y compárese el resultado con el valor obtenido empleando el modelo de gas ideal.

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01:55

Problem 47

Un kmol de aire ocupa un volumen de $25 \mathrm{~m}^3$ a una presión de $100 \mathrm{kPa}$. Suponiendo comportamiento de gas ideal, determine la temperatura, en $\mathrm{K}$, y la densidad, en $\mathrm{kg} / \mathrm{m}^3$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:18

Problem 48

Considerando el modelo de gas ideal, calcule los cambios en la energía interna y entalpía específicas, en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$, del gas metano $\left(\mathrm{CH}_4\right)$ entre $T_1=320 \mathrm{Ky} T_2=800 \mathrm{~K}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:39

Problem 49

Considérese una mezcla de gases cuya masa molecular aparente es 33 , inicialmente a 3 bar y $300 \mathrm{~K}$ y ocupando un volumen de $0,1 \mathrm{~m}^3$. El gas sufre una expansión hasta $0,2 \mathrm{~m}^3$ durante la que la relación presión-volumen es $\mathrm{pV}^{1,3}=$ cte. Aplicando el modelo de gas ideal con $c_v=0,6+\left(2,5 \times 10^{-4}\right) T$, donde $T$ está en $\mathrm{Ky} c_v$ tiene unidades de $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg} \cdot \mathrm{Ky}$ despreciando los efectos de la energía cinética y potencial, determínese:
(a) la masa del gas, en kg,
(b) la presión final, en bar,
(c) la temperatura final, en K,
(d) las transferencias de calor y trabajo, en kJ.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:08

Problem 50

Represente a escala las isotermas $300,500,1000$ y $2000 \mathrm{~K}$ en un diagrama $p-v$ para aire como gas ideal.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:18

Problem 51

Por integración de $\bar{c}_p(T)$ tomado de la tabla A-21, determine la variación de la entalpía específica para el metano desde $T_1=320 \mathrm{~K}, p_1=2$ bar hasta $T_2=800 \mathrm{~K}, p_2=10$ bar. Exprese el resultado en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:55

Problem 52

Un $\mathrm{kg}$ de aire, inicialmente a $5 \mathrm{bar}, 350 \mathrm{~K}$ y $3 \mathrm{~kg}$ de dióxido de carbono $\left(\mathrm{CO}_2\right)$, inicialmente a $2 \mathrm{bar}, 450 \mathrm{~K}$, están situados en los lados opuestos de un depósito rígido, bien aislado, como muestra la Fig. P3.52. La pared de separación puede moverse libremente y permite el paso de calor sin que se almacene energía en la pared separadora. Tanto el aire como el $\mathrm{CO}_2$ se comportan como gases ideales. Determine la temperatura final de equilibrio, en K, y la presión final, en bar, considerando constantes los calores específicos.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:27

Problem 53

Una masa de gas argón (Ar) inicialmente a $500 \mathrm{kPa} \mathrm{y} 100$ $\mathrm{K}$, sufre un proceso politrópico, con $n=k$, hasta una temperatura final de $300 \mathrm{~K}$. Determine las transferencias de calor y trabajo para el proceso, en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$. Considere comportamiento de gas ideal.

Mayukh Banik
Mayukh Banik
Numerade Educator
01:56

Problem 54

Dos kg de gas con masa molecular 28 están contenidos en un depósito rígido y cerrado, que tiene instalada una resistencia eléctrica. Por dicha resistencia circula, durante 10 minutos, una intensidad de 10 A cuando el voltaje es $12 \mathrm{~V}$. Las medidas indican que cuando se alcanza el equilibrio, la temperatura del gas ha subido $40,3^{\circ} \mathrm{C}$. La transferencia de calor con el entorno supone un flujo constante de 20 W. Suponiendo comportamiento de gas ideal, determinese el valor medio del calor específico $c_p$, en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg} \cdot \mathrm{K}$, para el gas en este intervalo de temperatura, basándose en los datos del problema.

Anand Jangid
Anand Jangid
Numerade Educator
02:10

Problem 55

Un gas está confinado en uno de los lados de un depósito rígido y aislado, dividido en dos partes iguales mediante una pared interna. En el otro lado se ha hecho el vacío. Del estado inicial del gas se conocen los siguientes datos: $p_1=3$ bar, $T_1=380 \mathrm{~K}$ y $V_1=0,025 \mathrm{~m}^3$. Se retira la pared de separación y el gas se expande para llenar todo el volumen. Considerando comportamiento de gas ideal, determine la presión del equilibrio final, en bar.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 56

Una masa de aire inicialmente a 0,75 bar, $1.000 \mathrm{~K}$ y un volumen de $0,12 \mathrm{~m}^3$, sufre dos procesos. El aire es comprimido isotérmicamente hasta la mitad de su volumen. A continuación sufre un proceso isóbaro hasta que el volumen es, de nuevo, la mitad del anterior. Considerando comportamiento de gas ideal
(a) represente el proceso en un diagrama $p-V$,
(b) determine el trabajo total para los dos procesos, en kJ.
(c) determine el calor total transferido para los dos procesos, en kJ.

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01:02

Problem 57

Un sistema consiste en $2 \mathrm{~kg}$ de $\mathrm{CO}_2$ inicialmente en el estado 1 , donde $p_1=1$ bar, $T_1=300 \mathrm{~K}$. Dicho sistema recorre un ciclo de potencia, consistente en los procesos siguientes:
Proceso 1-2: volumen constante hasta $p_2=4$ bar.
Proceso 2-3: expansión con $p v^{1,28}=$ cte.
Proceso 3-1: compresión a presión constante.
Utilizando el modelo de gas ideal y despreciando los efectos de las energías cinética y potencial,
(a) represente el ciclo en un diagrama $p-v$,
(b) calcule el rendimiento térmico del ciclo.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator
01:23

Problem 58

Un sistema cerrado consiste en un gas ideal con masa $m$ y razón de calores específicos, $k$. Si los efectos de la energía cinética y potencial son despreciables,
(a) demuéstrese que para cualquier proceso adiabático el trabajo es
$$
W=\frac{m R\left(T_2-T_1\right)}{1-k}
$$
(b) demuéstrese que un proceso adiabático politrópico viene descrito por la ecuación $p^{V^k}=$ cte, si el trabajo lo realiza únicamente una pared móvil.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator

Problem 59

Escriba un programa de ordenador que proporcione el valor desconocido de la presión, el volumen específico o la temperatura de un gas ideal cuando se conozcan cualesquiera dos de ellos. Incluya una clave de selección que permita trabajar con cualquiera de los gases de la Tabla A-21. El volumen especifico deberá poderse obtener bien en base molar, bien $\mathrm{en}^3 / \mathrm{kg}$.

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Problem 60

Escriba un programa de ordenador que proporcione valores de energía interna y entalpía específicas para cada uno de los gases de la Tabla A-21, para una temperatura dada como valor de partida. La referencia cero para los valores de energía interna y entalpía se establecerá en $300 \mathrm{~K}$. El usuario deberá poder seleccionar los valores de energía interna y entalpía en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kmol}$ o en $\mathrm{kJ} / \mathrm{kg}$.

Manik Pulyani
Manik Pulyani
Numerade Educator