Maestro

Problemas de Ingeniería Térmica

2º Ingeniería Técnica Industrial (Esp. Mecánica)
Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería Eléctrica y Térmica Universidad de Huelva

Problemas de Ingeniería Térmica

2º I.T.I. (Esp. Mecánica)

TEMA I: CONCEPTOS Y DEFINICIONES FUNDAMENTALES
1. Un depósito rígido de 9 m3 contiene nitrógeno (MN2 = 28,016 kg/kmol). El depósito estádividido en dos partes por medio de una membrana. La parte A tiene una densidad inicial de 1,667 kg/m 3, y la parte B tiene 0,2142 kmol. Después de romperse la membrana, se encuentra que la densidad es 1,778 kg/m3. Calcular la densidad inicial del gas de la parte B. Sol: 2 kg/m3. 2. La mitad inferior de un recipiente cilíndrico de 10 m de altura se llena con agua ( agua = 1000 kg/m3) y la mitadsuperior con aceite que tiene una densidad relativa (aceite/agua) de 0,85. Determinar la diferencia de presión entre la parte superior y el fondo del cilindro. (aceleración de la gravedad g = 9,8 m/s2) Sol: 90,65 kPa. 3. El barómetro básico se utiliza como dispositivo para la medición de altitud en aviones. El control de tierra registra una lectura barométrica de 753 mm de Hg, mientras que lalectura del piloto es de 690 mm de Hg. Estimar la altitud del avión desde el nivel del suelo si la densidad media del aire es 1.20 kg/m 3. (Hg = 13600 kg/m3) Sol: 714 m. 4. Se utiliza un manómetro para medir la presión en un tanque. El fluido utilizado en el manómetro es un aceite de densidad 870 kg/m3, y la altura del líquido es 42.5 cm. Si la presión barométrica es 98.4 kPa, determinar la presiónabsoluta en el tanque (en kPa y en atm). (g = 9,8 m/s2). Sol: 102.0 kPa, 1.007 atm. 5. Un termómetro de gas a volumen constante que contiene nitrógeno es puesto en contacto con un sistema que está en el punto triple del agua y después con otro sistema cuya temperatura desea medirse. La alturas de la columna de mercurio para estos sistemas son 2.28 cm y 59.2 cm, respectivamente. Si la presiónbarométrica es 960 mbar, ¿qué valor tiene la temperatura que se quiere medir? Datos: aceleración de la gravedad g = 9.8 m/s2, densidad del mercurio Hg = 13600 kg/m3. Sol: 482.4 K. 6. La resistencia eléctrica en el hilo de un termómetro de platino varía linealmente con la temperatura. a) Dedúzcase la expresión de la temperatura centígrada en función de la resistencia R, tomando como parámetros el valor delas resistencias en el punto de fusión del hielo (Rh) y en el punto de ebullición del agua (Rv); b) Si dichas resistencias valen respectivamente 10000 y 13861 , calcular la temperatura correspondiente a una resistencia de 26270 . Sol: a) t ( R )  100 R  Rh ; b) 421.4 ºC.
Rv  R h

7. La resistencia R(t) de un alambre metálico a la temperatura t ºC medida en la escala del gas ideal vienedada por: R(t) = R0 (1 + a t + b t2), donde R0 es el valor de R(t) a 0 ºC, a = 3.5 ·10-3 (ºC)-1 y b = -3 ·10-6 (ºC)-2. Con dicho alambre se construye un termómetro basado en una escala lineal de temperaturas y se calibra a 0 y 100 ºC. Determine la temperatura que marcará este termómetro cuando un termómetro de gas ideal marque 70 ºC. Sol: 71.97 ºC. 8. Con un termómetro de gas ideal se estudia ladilatación de etanol y se observa que entre 0 y 100 ºC el volumen V(t) de etanol varía con la temperatura t (en ºC) de la siguiente forma: V(t) = V0 (1 + 1.0414 ·10-3 t + 7.836 ·10-7 t2 + 1.716 ·10-8 t3) Se construye a continuación un termómetro de etanol y se calibra a 0 y 100 ºC. ¿Qué temperatura marcará el termómetro de etanol cuando el termómetro de gas ideal marque 50 ºC? ¿Y cual sería la lecturadel termómetro si se calibra entre 0 ºC y 42 ºC y la temperatura absoluta fuera de 38 ºC? Sol: 43.51 ºC; 37.7 ºC

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TEMA II: PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
1. Calcular el trabajo realizado en la expansión de 300 g de un gas a la presión constante de 200 kN/m2 cuando el volumen pasa de 200 dm3 a 300 dm3. ¿Qué cantidad...