Parcial_ _F2_ _2015 I_SOL

UNIVERSIDAD DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
CURSO: FÍSICA GENERAL II
Examen Parcial
Fecha: Martes, 06 de Mayo de 2015.
Sólo formularios y calculadora simple

NOMBRE: _____________________________HORA: 3:00 a 6:00 pm

INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA.

1.

Un dispositivo de cilindro-émbolo con carga de resorte contiene un
sistema de 5 kg de gas de helio, como se ve en la figura. Estesistema
se calienta de 100 kPa a 20ºC hasta 800 kPa y 160ºC. Determine el
calor transferido hacia este sistema, y el trabajo efectuado por él.
( 6 puntos)
Ayuda: se puede asumir que la presión varíalinealmente. Las
propiedades del helio son:
𝑅 = 2.0769𝐾𝐽/𝐾𝑔. 𝑘 𝑦 𝐶𝑣 = 3.1156𝐾𝐽/𝐾𝑔. 𝑘
SOLUCIÓN
Análisis.- tomaremos al Helio como el sistema. Este es un sistema cerrado puesto que no hay
transferencia demasa en la frontera del sistema. El balance de energía para este sistema puede ser
expresado como.
𝐸𝑒𝑛𝑡 − 𝐸𝑠𝑎𝑙 = Δ𝐸𝑠𝑖𝑠𝑡
𝑄𝑒𝑛𝑡 − 𝑊𝑏,𝑠𝑎𝑙 = ΔU = m𝐶𝑣 (𝑇2 − 𝑇1)
Los volúmenes específicos inicial y finalson.
𝑚𝑅𝑇1 (5 𝑘𝑔)(2.0769 𝐾𝑃𝑎. 𝑚3 /𝑘𝑔. 𝐾)(293𝐾)
𝑣1 =
=
= 30.427 𝑚3
𝑃1
100 𝐾𝑃𝑎
𝑣2 =

𝑚𝑅𝑇2 (5 𝑘𝑔)(2.0769 𝐾𝑃𝑎. 𝑚3 /𝑘𝑔. 𝐾)(160 + 273𝐾)
=
= 5.621 𝑚3
𝑃2
800 𝐾𝑃𝑎

La presión varía linealmente con la temperaturay el trabajo realizado de igual al área debajo de la
línea del proceso 1-2
(100 + 800)𝐾𝑃𝑎
𝑃1 + 𝑃2
1𝐾𝐽
(𝑉2 − 𝑉1 ) =
(5.621 − 30.427)𝑚3 (
)
2
2
1𝐾𝑃𝑎. 𝑚.3
= −11.163𝐾𝐽

𝑊𝑏,𝑠𝑎𝑙 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 =

Entonces:
𝑊𝑏,𝑠𝑎𝑙 =11.163𝑘𝐽
Usando la ecuación del balance energía.
1

𝑄𝑒𝑛𝑡 = 𝑊𝑏,𝑠𝑎𝑙 + 𝑚𝐶𝑣 (𝑇2 − 𝑇1 ) = −11.163𝐾𝐽 + (5𝑘𝑔)(3.1156𝐾𝐽/𝐾𝑔. 𝑘 )(160 − 20)𝐾
= −8982 𝐾𝐽
Entonces:
𝑄𝑠𝑎𝑙 = 8982𝐾𝐽
2.

Se tiene que 1 kg de dióxidode carbono se comprime desde 1MPa y 200°C hasta 3 MPa, en un
dispositivo de cilindro émbolo, ajustado para ejecutar un proceso que se comporta de la siguiente
PV1.2=constante. Determine latemperatura final, considerando que el dióxido de carbono es
a) un gas ideal (3 puntos)
b) un gas de Van der Waals (4 puntos)
Ayuda: La constante del gas, la masa molar, presión crítica y temperatura crítica...