Termodinamica complementaria

Termodinámica Juan Chamorro G.

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Guía de Ejercicios 1:

Termodinámica

Ejercicio 1) Un sistema termodinámico obedece la siguiente relación: PV= 12 (kPa·m3) Calcular el trabajo realizado por el sistema cuando se expande de 0,1 m3 a 1,0 m3. ¿El sistema ejerce trabajo sobre los alrededores o los alrededores ejercen trabajo sobre el sistema?.

(Respuesta: 27,63 kN·m, el sistema ejercetrabajo sobre los alrededores )

Ejercicio 2) Calcular el área bajo la curva entre V = 1,0 y 4,0 pie3. ¿Qué representa dicha área?. Exprese en joules el trabajo realizado durante dicho proceso, sabiendo que 0,2248 lbf = 1 N y 1 pie = 0,3048 m.

(Respuesta: Área = W = 69314,72 lbf·pie; 93981,88 joules realizados por el sistema sobre los alrededores)
Ejercicio 3) Calcular el área bajo la curvaentre V = 15,0 y 100,0 pulg3. ¿Qué representa dicha área?. Exprese el trabajo en joules ( 1 pulg. = 0,0254 m).

(Respuesta: Área = W = 6327,96 lbf·pulg; sistema sobre los alrededores)

715 joules realizados por el

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Ejercicio 4) El tanque de agua de la figura tiene un manómetro de Bourdon que indica 100 mm-Hg. ¿Cuál es la presión en el tanque, enkilopascales, si la presión atmosférica es de 101 KPa.?. (1 mm-Hg = 0,133 kPa)

(Respuesta: 114,3 kPa)
Ejercicio 5) Convierta las siguientes presiones: a) 14,7 psi a pulgadas de mercurio. b) 460 mm-Hg a kPa. c) 300 pulg-Hg a libras por pulgada cuadrada. d) + 50 psi a kPa e) 20 kPa a libras por pulgada cuadrada. f) 20 pulgadas de agua manométricas a psig. g) 50 cm de agua a kPa.

(Respuesta: (a)29,9389 pulg Hg, (b) 61,3 kPa, (c) 147,3 psi, (d) 344,75 kPa, (e) 2,9008 psi, (f) 20 pulg columna de agua = 0,722 psig (g) 50 cm columna de agua = 4,903 kPa)
Ejercicio 6) Durante la expansión adiabática de un gas ideal, la presión está dada en cualquier momento por la ecuación:

P ⋅V γ = K
en la que γ y K son constantes. Demuéstrese que el trabajo realizado en la expansión desde un estado (Pi, Vi) aotro estado (Pf, Vf) es: Pi ⋅ Vi − Pf ⋅ V f W = γ −1 Si la presión y el volumen iniciales son 10 atmósferas y 1 litro, respectivamente, y los finales, 2 atmósferas y 3,6 litros, ¿cuántos joules de trabajo se han realizado para un gas de γ=1,4? (1 atm.L = 101 joules)

(Respuesta: 929 joules )

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Ejercicio 7) ¿Cuál es el peso de un portafolios cuya masa esde 1 slug cuando éste se encuentra: a) A nivel del mar y a 40 º de latitud, donde g vale 32,158 pies/s2. b) A 1000 pies sobre le nivel del mar y a 40 º de latitud, donde g vales 32,155 pies/s2.

(Respuesta: (a) 32,158 lbf, (b) 32,155 lbf )

Ejercicio 8) Un termómetro de hidrógeno a volumen constante indica una presión de 76 cm-Hg a 0 ºC y 116 cm-Hg a 100 ºC. ¿Qué temperatura tendrá un recintoen el cual dicho termómetro indica 100 cm-Hg?.

(Respuesta: 60 ºC )

Ejercicio 9) Un gramo de vapor de agua a 100 ºC y a una atmósfera se expande isotérmicamente hasta que su presión alcanza el valor de 0,5 atmósferas. Determínese el trabajo realizado por el vapor de agua.

(Respuesta: 117 joules )

Ejercicio 10) Una cierta cantidad de gas ideal se expande reversible e isotérmicamente a300 ºK, triplicándose el volumen inicial y produciendo un trabajo de 1 kW-hora. ¿Cuántos moles realizan esta expansión?. 0,9488 BTU = 1 kilojoules 1kW.h = 3414 BTU

(Respuesta: 1314 moles )

Ejercicio 11) Un gas tiene una densidad de 1,429 g/L en condiciones normales. Calcular su densidad a 30 ºC y 750 mm-Hg.

(Respuesta: 1,270 g/L )

Ejercicio 12) Cuando 4 g de un gas “A” se introduce en unfrasco sin aire y a una determinada temperatura, la presión que ejerce es de 1 atm. Si entonces se agrega 6 g de otro gas diferente, digamos “B”, la presión de la mezcla se eleva a 1,5 atm, manteniéndose constante la temperatura. Calcular la relación del peso molecular del gas A con respecto a aquel del gas B.

(Respuesta: PMA/PMB = 1/3 )

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Ejercicio...