Taller Analisis Energetico Gases Ideales

[ANÁLISIS ENERGÉTICO EN GASES IDEALES] 25 de junio de 2015
1. Un dispositivo cilindro-émbolo contiene un gas ideal, inicialmente a 50 psia y 3 ft3. El émbolo se
desplaza 2ft en un proceso de expansión isoterma. La presión atmosférica es de 14,7 psia,
existe una fuerza de fricción de 100lbf que se opone al movimiento y el área del émbolo es
igual a 36 in2. Calcule el trabajo neto comunicado al ejede salida, en ft.lbf.
2. Se comprime de manera isoterma, en un dispositivo cilindro-émbolo, CO2 a 120kPa y 30ºC,
hasta 300kPa.
(a) Calcule el trabajo comunicado, en kJ/kg y señálese el área que lo representa en un
diagrama P
(b) Téngase en cuenta ahora el aire ambiente a 96kPa actuando sobre la parte más alta del
émbolo, además del vástago que va unido al mismo. Calcule el trabajo neto que senecesita por parte de la fuente externa en este caso, para el mismo cambio de estado del
CO2 gaseoso.
(c) Por último, además del aire ambiente en el apartado b, considere que existe rozamiento
entre el cilindro y el émbolo. La resistencia friccional es equivalente a una presión efectiva
de 30kPa, constante durante el desplazamiento. En este caso, determine el trabajo neto en
kJ/kg que debecomunicarse a través del vástago.
3. Se comprime de manera isoterma un cuarto de libra de nitrógeno en un sistema cerrado,
desde 15 psia y 80ºF hasta una presión final de 36 psia. Determine (a) La variación de la energía
interna, y (b) La transferencia del calor en Btu.
4. En un dispositivo cilindro-émbolo que contiene inicialmente 0,27 lbm de aire a 35 psia y 240ºF,
tiene lugar un proceso isotermo. Seextraen 15 Btu en forma de calor y se comunica un trabajo
eléctrico al sistema de 1,76W.h. Determine el cociente entre el volumen final y el inicial.
5. Se comprime de manera isoterma, en un dispositivo cilindro-émbolo, CO2 a 18 psia y 80ºF,
hasta 45 psia.
(a) Calcule el trabajo comunicado, en ft.lbf/lbm y señálese el área que lo representa en un
diagrama P
(b) Téngase en cuenta ahora el aire ambientea 14,4 psia actuando sobre la parte más alta del
émbolo, además del vástago que va unido al mismo. Calcule el trabajo neto que se
necesita por parte de la fuente externa en este caso, para el mismo cambio de estado del
CO2 gaseoso.
(c) Por último, además del aire ambiente en el apartado b, considere que existe rozamiento
entre el cilindro y el émbolo. La resistencia friccional es equivalente auna presión efectiva
de 4 psia, constante durante el desplazamiento. En este caso, determine el trabajo neto en
ft.lbf/lbm que debe comunicarse a través del vástago.
6. Un dispositivo cilindro-émbolo con un volumen inicial de 0,1m3 contiene 0,014 kg de hidrógeno
a 210kPa. Se transfiere calor hasta que el volumen final es 0,085m3. Si el proceso es isobárico,
determine (a) la temperatura final en ºC,(b) el calor transferido en kJ, (c) El calor transferido en
kJ.
7. Un dispositivo cilindro-émbolo mantiene nitrógeno a una presión constante de 200kPa. El
volumen y la temperatura iniciales son 0,10m3 y 20ºC, respectivamente. Se realiza trabajo
eléctrico sobre el sistema dejando pasar a través de una resistencia colocada en el interior del
gas, 6A a 12V durante 12 minutos. Como consecuencia, elvolumen aumenta hasta 0,14m3.
Determine (a) El trabajo neto del proceso (b) la variación de la energía interna del gas y (c) la
magnitud y sentido del calor transferido, todo ello en kJ
8. Un dispositivo cilindro-émbolo adiabático contiene 0,3kg de aire, inicialmente a 300K y 3 bar.
Se hace pasar una corriente de 4A durante 60s a través de una resistencia colocada en el

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interior del gas. El gas se expande a presión constante hasta que se duplica el volumen.
Determine el valor de la resistencia en ohmios ().
Un dispositivo cilindro-émbolo contiene inicialmente 1 ft3 de nitrógeno a 15 psia y 80ºF. Con un
motor externo, se hace girar una rueda de paletas en su interior 6215 ft.lbf de trabajo....